KR102599320B1 - Beam walkoff mitigation for optical detection and ranging - Google Patents
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Abstract
LIDAR 시스템은 제1 수신 광 커플러, 제2 수신 광 커플러, 제1 광 믹서, 제2 광 믹서, 및 광 스위치를 포함한다. 제1 광 믹서는 제1 수신 광 커플러로부터 제1 수신 신호를 수신하도록 구성된다. 제2 광 믹서는 제1 수신 광 커플러로부터 제2 수신 신호를 수신하도록 구성된다. 광 스위치는 제1 광 믹서와 제2 광 믹서 사이에서 발진기 광 신호를 스위칭하도록 구성된다.The LIDAR system includes a first receive optical coupler, a second receive optical coupler, a first optical mixer, a second optical mixer, and an optical switch. The first optical mixer is configured to receive a first receive signal from the first receive optical coupler. The second optical mixer is configured to receive a second receive signal from the first receive optical coupler. The optical switch is configured to switch the oscillator optical signal between the first optical mixer and the second optical mixer.
Description
관련 출원(들)에 대한 상호 참조Cross-reference to related application(s)
본 출원은, 2020년 9월 4일에 출원된 미국 가출원 제63/074,834호와 2020년 9월 4일에 출원된 미국 가출원 제63/074,837호에 대한 우선권을 주장하는 2021년 9월 1일에 출원된 미국 출원 제17/463,934호에 대한 우선권을 주장한다. 미국 출원 제17/463,934호, 제63/074,834호 및 제63/074,837호는 본 명세서에 참조로 포함된다.This application, filed on September 1, 2021, claims priority to U.S. Provisional Application No. 63/074,834, filed on September 4, 2020, and U.S. Provisional Application No. 63/074,837, filed on September 4, 2020. Priority is claimed on filed U.S. Application No. 17/463,934. US Application Nos. 17/463,934, 63/074,834 and 63/074,837 are incorporated herein by reference.
기술분야Technology field
본 개시는 일반적으로 광학에 관한 것으로, 특히 광 검출 및 거리 측정(light detection and ranging, LiDAR)에 관한 것이다.This disclosure relates generally to optics, and in particular to light detection and ranging (LiDAR).
FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) LIDAR는 주파수 변조되고 콜리메이트된 광 빔을 타겟으로 향하게 하여 물체의 거리(range)와 속도를 직접 측정한다. 타겟의 거리 및 속도 정보는 FMCW LIDAR 신호로부터 얻어질 수 있다. LIDAR 신호의 정확도를 높이는 설계 및 기술이 바람직하다.FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) LIDAR directly measures the range and speed of an object by directing a frequency-modulated and collimated light beam toward a target. The target's distance and speed information can be obtained from the FMCW LIDAR signal. Designs and technologies that increase the accuracy of LIDAR signals are desirable.
자동차 산업은 현재 특정 상황에서 차량을 제어하기 위한 자율 기능(autonomous feature)을 개발하고 있다. SAE 국제 표준 J3016에 따르면, 레벨 0(자율 없음)에서 레벨 5(모든 조건에서 운전자 입력 없이 작동할 수 있는 차량)까지 6 레벨의 자율성 범위가 있다. 자율 기능을 가지는 차량은 차량이 주행하는 환경을 감지하기 위하여 센서를 활용한다. 센서로부터 데이터를 획득하고 처리하는 것은 차량이 환경을 통해 주행할 수 있게 한다. 자율 차량은 그 환경을 감지하기 위한 하나 이상의 FMCW LIDAR 장치를 포함할 수 있다.The automotive industry is currently developing autonomous features to control vehicles in specific situations. According to SAE international standard J3016, there are six levels of autonomy ranging from level 0 (no autonomy) to level 5 (vehicle capable of operating without driver input under all conditions). Vehicles with autonomous functions utilize sensors to sense the environment in which the vehicle is driving. Acquiring and processing data from sensors allows the vehicle to navigate through the environment. An autonomous vehicle may include one or more FMCW LIDAR devices to sense its environment.
본 개시의 구현은 제1 수신 광 커플러, 제2 수신 광 커플러, 제1 광 믹서, 제2 광 믹서 및 광 스위치를 포함하는 LIDAR 시스템을 포함한다. 제1 광 믹서는 제1 수신 광 커플러로부터 제1 수신 신호를 수신하도록 구성된다. 제2 광 믹서는 제2 수신 광 커플러로부터 제2 수신 신호를 수신하도록 구성된다. 광 스위치는 제1 광 믹서와 제2 광 믹서 사이에서 발진기 광 신호를 스위칭하도록 구성된다. 제1 광 믹서는 발진기 광 신호 및 제1 수신 신호의 수신에 응답하여 제1 전기 신호를 생성하도록 구성된다. 제2 광 믹서는 발진기 광 신호 및 제2 수신 신호의 수신에 응답하여 제2 전기 신호를 생성하도록 구성된다.Implementations of the present disclosure include a LIDAR system including a first receive optical coupler, a second receive optical coupler, a first optical mixer, a second optical mixer, and an optical switch. The first optical mixer is configured to receive a first receive signal from the first receive optical coupler. The second optical mixer is configured to receive a second receive signal from the second receive optical coupler. The optical switch is configured to switch the oscillator optical signal between the first optical mixer and the second optical mixer. The first optical mixer is configured to generate a first electrical signal in response to receiving the oscillator optical signal and the first received signal. The second optical mixer is configured to generate a second electrical signal in response to receiving the oscillator optical signal and the second received signal.
일 구현에서, LIDAR 시스템은 광 스위치가 발진기 광 신호를 제1 광 믹서에 제공하기 위해 스위칭될 때 제1 방향으로 회전하도록 구성된 회전 거울을 더 포함한다. 회전 거울은 광 스위치가 발진기 광 신호를 제2 광 믹서에 제공하기 위해 스위칭될 때 제2 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 제1 방향은 제2 방향과 반대일 수 있다.In one implementation, the LIDAR system further includes a rotating mirror configured to rotate in a first direction when the optical switch is switched to provide the oscillator optical signal to the first optical mixer. The rotating mirror can be configured to rotate in a second direction when the optical switch is switched to provide the oscillator optical signal to the second optical mixer. The first direction may be opposite to the second direction.
구현에서, LIDAR 시스템은 광 스위치가 발진기 광 신호를 제1 광 믹서에 제공하기 위해 스위칭될 때 제1 광 믹서로부터 제1 전기 신호를 수신하도록 구성된 프로세싱 로직을 더 포함한다. 프로세싱 로직은 또한 광 스위치가 발진기 광 신호를 제2 광 믹서에 제공하기 위해 스위칭될 때 제2 광 믹서로부터 제2 전기 신호를 수신하도록 구성된다. In an implementation, the LIDAR system further includes processing logic configured to receive a first electrical signal from the first optical mixer when the optical switch is switched to provide the oscillator optical signal to the first optical mixer. The processing logic is also configured to receive a second electrical signal from the second optical mixer when the optical switch is switched to provide the oscillator optical signal to the second optical mixer.
일 구현에서, 회전 거울은 회전 거울이 제1 방향으로 회전할 때 리턴 빔을 제1 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성된다. 회전 거울은 또한 회전 거울이 제2 방향으로 회전할 때 리턴 빔을 제2 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성된다.In one implementation, the rotating mirror is configured to direct the return beam to the first receiving optical coupler when the rotating mirror rotates in the first direction. The rotating mirror is also configured to direct the return beam to the second receiving optical coupler when the rotating mirror rotates in the second direction.
일 구현에서, LIDAR 시스템은 제1 수신 광 커플러와 제2 수신 광 커플러 사이에 배치된 송신 광 커플러를 더 포함한다.In one implementation, the LIDAR system further includes a transmit optical coupler disposed between the first receive optical coupler and the second receive optical coupler.
일 구현에서, 제1 수신 광 커플러는 송신 광 커플러에 직교하고 제2 수신 광 커플러는 송신 광 커플러에 직교한다.In one implementation, the first receive optocoupler is orthogonal to the transmit optocoupler and the second receive optocoupler is orthogonal to the transmit optocoupler.
일 구현에서, 송신 광 커플러는 제1 편광 배향(polarization orientation)을 가지는 송신 빔을 방출하도록 구성되고, 제1 수신 광 커플러는 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 수신하도록 구성된다. 제2 수신 광 커플러는 또한 제2 편광 배향을 수신하도록 구성된다.In one implementation, the transmit optical coupler is configured to emit a transmit beam having a first polarization orientation, and the first receive optical coupler is configured to receive a second polarization orientation orthogonal to the first polarization orientation. The second receiving optical coupler is also configured to receive a second polarization orientation.
일 구현에서, LIDAR 시스템은 레이저 광을 수신하도록 구성된 스플리터를 더 포함하고, 스플리터는 레이저 광의 제1 퍼센티지를 송신 광 커플러에 제공하도록 구성된다. 스플리터는 광 스위치에 레이저 광의 제2 퍼센티지를 제공하도록 구성된다.In one implementation, the LIDAR system further includes a splitter configured to receive laser light, the splitter configured to provide a first percentage of the laser light to a transmit optical coupler. The splitter is configured to provide a second percentage of laser light to the optical switch.
일 구현에서, 레이저 광은 적외선 파장을 가진다.In one implementation, the laser light has an infrared wavelength.
본 개시의 구현은 LIDAR(Light Detection and Ranging) 장치를 동작시키는 방법을 포함한다. 방법은 회전 거울이 제1 방향으로 회전할 때 제1 광 믹서에 발진기 광 신호를 제공하도록 광 스위치를 구동하는 단계; 제1 광 믹서가 발진기 광 신호를 수신하는 동안 제1 광 믹서에 의해 생성된 제1 신호를 샘플링하는 단계; 회전 거울이 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 회전할 때 발진기 광 신호를 제2 광 믹서에 제공하도록 광 스위치를 구동하는 단계; 및 제2 광 믹서가 발진기 광 신호를 수신하는 동안 제2 광 믹서에 의해 생성된 제2 신호를 샘플링하는 단계를 포함한다.Implementations of the present disclosure include a method of operating a Light Detection and Ranging (LIDAR) device. The method includes driving an optical switch to provide an oscillator optical signal to a first optical mixer when the rotating mirror rotates in a first direction; sampling a first signal produced by the first optical mixer while the first optical mixer receives the oscillator optical signal; driving an optical switch to provide an oscillator optical signal to a second optical mixer when the rotating mirror rotates in a second direction opposite to the first direction; and sampling a second signal produced by the second optical mixer while the second optical mixer receives the oscillator optical signal.
일 구현에서, 제1 신호는 발진기 광 신호 및 제1 수신 광 커플러에 의해 생성된 제1 수신 신호에 응답하여 생성된다. 제2 신호는 발진기 광 신호 및 제2 수신 광 커플러에 의해 생성된 제2 수신 신호에 응답하여 생성된다.In one implementation, the first signal is generated in response to an oscillator optical signal and a first receive signal generated by a first receive optical coupler. The second signal is generated in response to the oscillator optical signal and the second receive signal generated by the second receive optical coupler.
일 구현에서, 회전 거울은 리턴 빔을 제1 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성되고 회전 거울은 리턴 빔을 제2 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성된다.In one implementation, the rotating mirror is configured to direct the return beam to the first receiving optical coupler and the rotating mirror is configured to direct the return beam to the second receiving optical coupler.
일 구현에서, 회전 거울은 송신 빔을 송신 광 커플러로부터 타겟으로 향하게 하도록 추가로 구성되고 리턴 빔은 타겟에서 반사되는 송신 빔이다.In one implementation, the rotating mirror is further configured to direct the transmit beam from the transmit optical coupler to the target and the return beam is the transmit beam that is reflected from the target.
일 구현에서, 송신 광 커플러는 제1 수신 광 커플러와 제2 수신 광 커플러 사이에 배치된다.In one implementation, the transmit optical coupler is disposed between the first receive optical coupler and the second receive optical coupler.
일 구현에서, 송신 광 커플러는 제1 편광 배향을 가지는 송신 빔을 방출하도록 구성되고, 제1 수신 광 커플러는 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 수신하도록 구성된다. 제2 수신 광 커플러는 또한 제2 편광 배향을 수신하도록 구성된다.In one implementation, the transmit optical coupler is configured to emit a transmit beam having a first polarization orientation, and the first receive optical coupler is configured to receive a second polarization orientation orthogonal to the first polarization orientation. The second receiving optical coupler is also configured to receive a second polarization orientation.
일 구현에서, 발진기 광 신호는 적외선 파장을 가지고 제1 수신 신호 및 제2 수신 신호는 적외선 파장을 가진다.In one implementation, the oscillator optical signal has an infrared wavelength and the first received signal and the second received signal have an infrared wavelength.
본 개시의 구현은 LIDAR(Light Detection and Ranging) 장치 및 LIDAR 장치에 의해 생성된 제1 전기 신호 및 제2 전기 신호에 응답하여 자율 차량을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하는 자율 차량용 자율 차량 제어 시스템을 포함한다. LIDAR 장치는 제1 수신 광 커플러, 제2 수신 광 커플러, 제1 광 믹서, 제2 광 믹서 및 광 스위치를 포함한다. 제1 광 믹서는 제1 수신 광 커플러로부터 제1 수신 신호를 수신하도록 구성된다. 제2 광 믹서는 제2 수신 광 커플러로부터 제2 수신 신호를 수신하도록 구성된다. 광 스위치는 제1 광 믹서와 제2 광 믹서 사이에서 발진기 광 신호를 스위칭하도록 구성된다. 제1 광 믹서는 발진기 광 신호 및 제1 수신 신호의 수신에 응답하여 제1 전기 신호를 생성하도록 구성된다. 제2 광 믹서는 발진기 광 신호 및 제2 수신 신호의 수신에 응답하여 제2 전기 신호를 생성하도록 구성된다.Implementations of the present disclosure include an autonomous vehicle control system for an autonomous vehicle, including a Light Detection and Ranging (LIDAR) device and one or more processors configured to control an autonomous vehicle in response to a first electrical signal and a second electrical signal generated by the LIDAR device. Includes. The LIDAR device includes a first receiving optical coupler, a second receiving optical coupler, a first optical mixer, a second optical mixer, and an optical switch. The first optical mixer is configured to receive a first receive signal from the first receive optical coupler. The second optical mixer is configured to receive a second receive signal from the second receive optical coupler. The optical switch is configured to switch the oscillator optical signal between the first optical mixer and the second optical mixer. The first optical mixer is configured to generate a first electrical signal in response to receiving the oscillator optical signal and the first received signal. The second optical mixer is configured to generate a second electrical signal in response to receiving the oscillator optical signal and the second received signal.
일 구현에서, LIDAR 장치는 광 스위치가 발진기 광 신호를 제1 광 믹서에 제공하기 위해 스위칭될 때 제1 방향으로 회전하도록 구성된 회전 거울을 더 포함한다. 회전 거울은 광 스위치가 발진기 광 신호를 제2 광 믹서에 제공하기 위해 스위칭될 때 제2 방향으로 회전하도록 구성된다. 제1 방향은 제2 방향과 반대이다.In one implementation, the LIDAR device further includes a rotating mirror configured to rotate in a first direction when the optical switch is switched to provide the oscillator optical signal to the first optical mixer. The rotating mirror is configured to rotate in the second direction when the optical switch is switched to provide the oscillator optical signal to the second optical mixer. The first direction is opposite to the second direction.
일 구현에서, LIDAR 장치는 광 스위치가 발진기 광 신호를 제1 광 믹서에 제공하기 위해 스위칭될 때 제1 광 믹서로부터 제1 전기 신호를 수신하도록 구성된 프로세싱 로직을 더 포함한다. 프로세싱 로직은 또한 광 스위치가 발진기 광 신호를 제2 광 믹서에 제공하기 위해 스위칭될 때 제2 광 믹서로부터 제2 전기 신호를 수신하도록 구성된다.In one implementation, the LIDAR device further includes processing logic configured to receive a first electrical signal from the first optical mixer when the optical switch is switched to provide the oscillator optical signal to the first optical mixer. The processing logic is also configured to receive a second electrical signal from the second optical mixer when the optical switch is switched to provide the oscillator optical signal to the second optical mixer.
일 구현에서, 회전 거울은 리턴 빔을 제1 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성되고 회전 거울은 리턴 빔을 제2 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성된다.In one implementation, the rotating mirror is configured to direct the return beam to the first receiving optical coupler and the rotating mirror is configured to direct the return beam to the second receiving optical coupler.
본 개시의 구현은 송신기, 수신 픽셀, 회전 거울 및 빔 변위 장치를 포함하는 LIDAR(Light Detection and Ranging) 시스템을 포함한다. 송신기는 송신 빔을 방출하도록 구성된다. 수신 픽셀은 리턴 빔을 수신하도록 구성된다. 회전 거울은 송신 빔을 타겟으로 향하게 하고, 리턴 빔을 수신 픽셀로 향하게 하도록 구성된다. 빔 변위 장치는 수신 픽셀과 회전 거울 사이에 배치된다. 빔 변위 장치는 송신기와 수신 픽셀 사이의 간격을 보상하기 위해 리턴 빔에 변위(displacement)를 도입하도록 구성된다.Implementations of the present disclosure include a Light Detection and Ranging (LIDAR) system that includes a transmitter, a receiving pixel, a rotating mirror, and a beam displacement device. The transmitter is configured to emit a transmission beam. The receiving pixel is configured to receive a return beam. The rotating mirror is configured to direct the transmit beam to the target and the return beam to the receive pixel. A beam displacement device is placed between the receiving pixel and the rotating mirror. The beam displacement device is configured to introduce a displacement in the return beam to compensate for the gap between the transmitter and receive pixels.
일 구현에서, 빔 변위 장치는 회전 거울에서 반사되는 송신 빔과 리턴 빔 사이의 반사 각도 차이를 보상하도록 구성된다.In one implementation, the beam displacement device is configured to compensate for the difference in reflection angle between the transmit and return beams reflected from the rotating mirror.
일 구현에서, 빔 변위 장치는 복굴절 재료를 포함하는 빔 변위 엘리먼트를 포함하고 송신 빔은 송신 빔이 빔 변위 엘리먼트를 만날 때 제1 편광 배향을 가진다. 복굴절 재료는 송신 빔의 제1 편광 배향에 직교하는 리턴 빔의 제2 편광 배향으로 변위를 도입한다.In one implementation, the beam displacement device includes a beam displacement element that includes a birefringent material and the transmit beam has a first polarization orientation when the transmit beam encounters the beam displacement element. The birefringent material introduces a displacement into the second polarization orientation of the return beam orthogonal to the first polarization orientation of the transmit beam.
일 구현에서, 빔 변위 장치는 송신기와 빔 변위 엘리먼트 사이에 배치된 빔 회전기를 포함하고, 빔 회전기는 송신 빔의 송신 편광이 빔 변위 엘리먼트의 광축에 수직이 되도록 송신 빔의 송신 편광을 회전시키도록 구성된다.In one implementation, the beam displacement device includes a beam rotator disposed between the transmitter and the beam displacement element, the beam rotator configured to rotate the transmission polarization of the transmission beam such that the transmission polarization of the transmission beam is perpendicular to the optical axis of the beam displacement element. It is composed.
일 구현에서, 빔 회전기는 스위처블(switchable) 빔 회전기이고 회전 거울은 정규 작동(regular operation) 동안 제1 방향 및 제2 반대 방향으로 회전하도록 구성된다. 스위처블 빔 회전기는 회전 거울이 제1 방향으로 회전할 때 제1 지연(retardation) 값으로 구동되고 회전 거울이 제2 반대 방향으로 회전할 때 제2 지연 값으로 구동될 수 있다.In one implementation, the beam rotator is a switchable beam rotator and the rotating mirror is configured to rotate in a first direction and a second opposite direction during regular operation. The switchable beam rotator may be driven with a first retardation value when the rotating mirror rotates in a first direction and with a second retardation value when the rotating mirror rotates in a second opposite direction.
일 구현에서, 제1 지연 값은 0도이고 제2 지연 값은 90도이다.In one implementation, the first delay value is 0 degrees and the second delay value is 90 degrees.
일 구현에서, 빔 변위 장치는 빔 변위 엘리먼트와 회전 거울 사이에 배치된 파장판을 포함한다.In one implementation, the beam displacement device includes a wave plate disposed between the beam displacement element and the rotating mirror.
일 구현에서, 파장판은 1/4 파장판이다.In one implementation, the waveplate is a quarter waveplate.
일 구현에서, 빔 변위 장치는 빔 변위 엘리먼트와 회전 거울 사이에 배치된 렌즈를 포함하고 렌즈는 송신 빔을 콜리메이트하도록(collimate) 구성된다.In one implementation, the beam displacement device includes a lens disposed between a beam displacement element and a rotating mirror and the lens is configured to collimate the transmit beam.
일 구현에서, 빔 변위 장치는 송신기 및 수신 픽셀을 비동축(non-coaxial)으로 만들도록 구성된다.In one implementation, the beam displacement device is configured to make the transmitter and receive pixels non-coaxial.
일 구현에서, 리턴 빔은 타겟에서 반사하는 송신 빔이다.In one implementation, the return beam is the transmit beam that reflects from the target.
일 구현에서, 송신 빔은 근적외선 파장을 가지고 리턴 빔은 근적외선 파장을 가진다.In one implementation, the transmit beam has a near-infrared wavelength and the return beam has a near-infrared wavelength.
본 개시의 구현은 LIDAR 장치를 포함하는 광 검출 및 거리 측정(light detection and ranging)과 LIDAR 장치의 수신 픽셀의 출력에 응답하여 자율 차량을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하는 자율 차량용 자율 차량 제어 시스템을 포함한다. LIDAR 장치는 송신기, 수신 픽셀, 회전 거울 및 빔 변위 장치를 포함한다. 송신기는 송신 빔을 방출하도록 구성된다. 수신 픽셀은 리턴 빔을 수신하도록 구성된다. 회전 거울은 송신 빔을 타겟으로 향하게 하고 리턴 빔을 수신 픽셀로 향하게 하도록 구성된다. 빔 변위 장치는 송신기와 수신 픽셀 사이의 간격을 보상하기 위해 리턴 빔에 변위를 도입하도록 구성된다.Implementations of the present disclosure include light detection and ranging including a LIDAR device and an autonomous vehicle control system for an autonomous vehicle including one or more processors configured to control the autonomous vehicle in response to outputs of receiving pixels of the LIDAR device. Includes. A LIDAR device includes a transmitter, a receiving pixel, a rotating mirror, and a beam displacement device. The transmitter is configured to emit a transmission beam. The receiving pixel is configured to receive a return beam. The rotating mirror is configured to direct the transmit beam to the target and the return beam to the receive pixel. The beam displacement device is configured to introduce a displacement in the return beam to compensate for the gap between the transmitter and receive pixels.
일 구현에서, 빔 변위 장치는 회전 거울에서 반사되는 송신 빔과 리턴 빔 사이의 반사 각도 차이를 보상하도록 구성된다.In one implementation, the beam displacement device is configured to compensate for the difference in reflection angle between the transmit and return beams reflected from the rotating mirror.
일 구현에서, 빔 변위 장치는 복굴절 재료를 포함하는 빔 변위 엘리먼트를 포함하고 송신 빔은 송신 빔이 빔 변위 엘리먼트를 만날 때 제1 편광 배향을 가진다. 복굴절 재료는 송신 빔의 제1 편광 배향에 직교하는 리턴 빔의 제2 편광 배향으로 변위를 도입한다.In one implementation, the beam displacement device includes a beam displacement element that includes a birefringent material and the transmit beam has a first polarization orientation when the transmit beam encounters the beam displacement element. The birefringent material introduces a displacement into the second polarization orientation of the return beam orthogonal to the first polarization orientation of the transmit beam.
일 구현에서, 빔 변위 장치는 송신기와 빔 변위 엘리먼트 사이에 배치된 빔 회전기를 포함하고, 빔 회전기는 송신 빔의 송신 편광이 빔 변위 엘리먼트의 광축에 수직이 되도록 송신 빔의 송신 편광을 회전시키도록 구성된다.In one implementation, the beam displacement device includes a beam rotator disposed between the transmitter and the beam displacement element, the beam rotator configured to rotate the transmission polarization of the transmission beam such that the transmission polarization of the transmission beam is perpendicular to the optical axis of the beam displacement element. It is composed.
일 구현에서, 빔 회전기는 스위처블 빔 회전기이고 회전 거울은 정규 작동 동안 제1 방향 및 제2 반대 방향으로 회전하도록 구성된다. 스위처블 빔 회전기는 회전 거울이 제1 방향으로 회전할 때 제1 지연 값으로 구동되고 회전 거울이 제2 반대 방향으로 회전할 때 제2 지연 값으로 구동된다.In one implementation, the beam rotator is a switchable beam rotator and the rotating mirror is configured to rotate in a first direction and a second opposite direction during normal operation. The switchable beam rotator is driven with a first delay value when the rotating mirror rotates in a first direction and with a second delay value when the rotating mirror rotates in a second opposite direction.
본 개시의 구현은 송신기, 수신 픽셀, 회전 거울 및 빔 변위 장치를 포함하는 자율 차량, 및 적외선 리턴 빔에 응답하여 자율 차량을 제어하도록 구성된 제어 시스템을 포함한다. 송신기는 적외선 송신 빔을 방출하도록 구성된다. 수신 픽셀은 적외선 리턴 빔을 수신하도록 구성된다. 회전 거울은 적외선 송신 빔을 타겟으로 향하게 하고 적외선 리턴 빔을 수신 픽셀로 향하게 하도록 구성된다. 빔 변위 장치는 수신 픽셀과 회전 거울 사이의 광경로를 따라 배치되고, 빔 변위 장치는 송신기와 수신 픽셀 사이의 간격을 보상하기 위해 적외선 리턴 빔에 변위를 도입하도록 구성되고, 회전 거울에서 반사되는 적외선 송신 빔과 적외선 리턴 빔 사이의 반사 각도 차이를 보상하기 위해 변위를 도입하도록 구성된다.Implementations of the present disclosure include an autonomous vehicle including a transmitter, a receiving pixel, a rotating mirror, and a beam displacement device, and a control system configured to control the autonomous vehicle in response to an infrared return beam. The transmitter is configured to emit an infrared transmission beam. The receiving pixel is configured to receive an infrared return beam. The rotating mirror is configured to direct the infrared transmit beam to the target and to direct the infrared return beam to the receiving pixel. The beam displacement device is disposed along the optical path between the receiving pixel and the rotating mirror, the beam displacement device is configured to introduce a displacement into the infrared return beam to compensate for the gap between the transmitting and receiving pixels, and the infrared light reflected from the rotating mirror It is configured to introduce a displacement to compensate for the difference in reflection angle between the transmit beam and the infrared return beam.
일 구현에서, 빔 변위 장치는 복굴절 재료를 포함하는 빔 변위 엘리먼트를 포함하고, 적외선 송신 빔은 적외선 송신 빔이 빔 변위 엘리먼트를 만날 때 제1 편광 배향을 가진다. 복굴절 재료는 적외선 송신 빔의 제1 편광 배향에 직교하는 적외선 리턴 빔의 제2 편광 배향으로 변위를 도입한다.In one implementation, the beam displacement device includes a beam displacement element comprising a birefringent material, and the infrared transmission beam has a first polarization orientation when the infrared transmission beam encounters the beam displacement element. The birefringent material introduces a displacement into the second polarization orientation of the infrared return beam orthogonal to the first polarization orientation of the infrared transmit beam.
일 구현에서, 빔 변위 장치는 송신기와 빔 변위 엘리먼트 사이에 배치된 빔 회전기를 포함하고, 빔 회전기는 적외선 송신 빔의 송신 편광이 빔 변위 엘리먼트의 광축에 수직이 되도록 적외선 송신 빔의 송신 편광을 회전시키도록 구성된다.In one implementation, the beam displacement device includes a beam rotator disposed between the transmitter and the beam displacement element, the beam rotator rotating the transmit polarization of the infrared transmit beam such that the transmit polarization of the infrared transmit beam is perpendicular to the optical axis of the beam displacement element. It is configured to do so.
본 발명의 비제한적 및 비포괄적인 실시예들은 다음의 도면을 참조하여 설명되며, 달리 명시되지 않는 한 유사한 참조 번호는 다양한 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분을 지칭한다.
도 1은 본 개시의 구현에 따라, LIDAR 장치의 픽셀의 일 구현의 다이어그램을 도시한다.
도 2는 본 개시의 구현에 따라, LIDAR 디바이스의 픽셀의 다이어그램을 도시한다.
도 3a는 본 개시의 구현에 따라, 송신 광 커플러와 2개의 수신 광 커플러를 포함하는 픽셀을 도시한다.
도 3b는 본 개시의 구현에 따라, 회전 거울이 회전하는 동안 신호를 선택하는 프로세스를 도시한다.
도 4는 본 개시의 구현에 따라, 도 1-3a에 도시된 예시적인 코히런트(coherent) 픽셀이 병렬 FMCW LiDAR 측정을 수행하기 위해 어떻게 방출기 및 수신기의 어레이로 조립될 수 있는지를 도시한다.
도 5는 본 개시의 구현에 따라, 예시적인 빔 변위 장치를 도시한다.
도 6은 본 개시의 구현에 따라, 비동축 동작을 위한 예시적인 빔 변위 장치를 도시한다.
도 7은 본 개시의 구현에 따라, 스위처블 빔 회전기를 포함하는 예시적인 빔 변위 장치를 도시한다.
도 8a는 본 개시의 구현에 따라, 예시적인 센서 어레이를 포함하는 자율 차량을 도시한다.
도 8b는 본 개시의 구현에 따라, 예시적인 센서 어레이를 포함하는 자율 차량의 평면도를 도시한다.
도 8c는 본 개시의 구현에 따라, 센서, 드라이브트레인(drivetrain) 및 제어 시스템을 포함하는 예시적인 차량 제어 시스템을 도시한다.Non-limiting and non-exhaustive embodiments of the invention are described with reference to the following drawings, in which like reference numerals refer to like parts throughout the various drawings, unless otherwise specified.
1 shows a diagram of one implementation of pixels of a LIDAR device, according to an implementation of the present disclosure.
2 shows a diagram of pixels of a LIDAR device, according to an implementation of the present disclosure.
3A shows a pixel including a transmit optical coupler and two receive optical couplers, according to an implementation of the present disclosure.
3B illustrates a process for selecting a signal while a rotating mirror is rotating, according to an implementation of the present disclosure.
FIG. 4 illustrates how the example coherent pixels shown in FIGS. 1-3A can be assembled into an array of emitters and receivers to perform parallel FMCW LiDAR measurements, according to an implementation of the present disclosure.
5 illustrates an example beam displacement device, in accordance with implementations of the present disclosure.
6 shows an example beam displacement device for non-coaxial operation, in accordance with implementations of the present disclosure.
7 shows an example beam displacement device including a switchable beam rotator, in accordance with implementations of the present disclosure.
8A illustrates an autonomous vehicle including an example sensor array, in accordance with an implementation of the present disclosure.
FIG. 8B shows a top view of an autonomous vehicle including an example sensor array, according to an implementation of the present disclosure.
FIG. 8C illustrates an example vehicle control system including sensors, drivetrain, and control system, in accordance with implementations of the present disclosure.
LIDAR를 위한 빔 워크오프(walkoff) 완화의 구현이 설명된다. 다음 설명에서, 구현에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 많은 특정 세부 정보가 제시된다. 그러나 관련 기술 분야의 숙련자는 여기에 설명된 기술이 하나 이상의 특정 세부 사항 없이 또는 다른 방법, 구성 요소, 재료 등으로 실행될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 경우에, 널리 알려진 구조, 재료 또는 동작은 특정 측면을 모호하게 하는 것을 방지하기 위해 자세히 표시되거나 설명되지 않는다.An implementation of beam walkoff mitigation for LIDAR is described. In the following description, many specific details are presented to provide a thorough understanding of the implementation. However, those skilled in the art will recognize that the techniques described herein may be practiced without one or more specific details or with other methods, components, materials, etc. In other cases, well-known structures, materials, or operations are not shown or described in detail to avoid obscuring certain aspects.
본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 구현" 또는 "구현"에 대한 언급은 구현과 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 구현에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치에서 "하나의 구현에서" 또는 "구현에서"라는 문구의 출현이 반드시 모두 동일한 구현을 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 구현에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.Reference throughout this specification to “an implementation” or “an implementation” means that a particular feature, structure or characteristic described in connection with the implementation is included in at least one implementation of the invention. Accordingly, the appearances of the phrases “in an implementation” or “in an implementation” in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same implementation. Additionally, specific features, structures, or characteristics may be combined in any suitable way in one or more implementations.
본 명세서 전반에 걸쳐, 여러 기술 용어가 사용된다. 이들 용어는 본 명세서에서 구체적으로 정의되지 않거나 사용 문맥이 명백히 달리 암시하지 않는 한, 해당 용어가 유래된 기술 분야에서 일반적인 의미를 취해야 한다. 본 개시의 목적을 위해, "자율 차량"이라는 용어는 SAE 국제 표준 J3016의 자율성 레벨에서 자율 기능을 갖춘 차량을 포함한다.Throughout this specification, several technical terms are used. These terms should be given their ordinary meaning in the technical field from which they originate, unless specifically defined herein or unless the context of use clearly suggests otherwise. For the purposes of this disclosure, the term “autonomous vehicle” includes vehicles equipped with autonomous functions at the autonomy level of SAE International Standard J3016.
본 개시의 양상에서, 가시광선은 대략 380 nm - 700 nm의 파장 범위를 가지는 것으로 정의될 수 있다. 비가시광은 자외선 광, 적외선 광 등 가시광선 영역 밖의 파장을 가지는 광으로 정의될 수 있다. 대략 700nm-1mm의 파장 범위를 가지는 적외선 광은 근적외선 광을 포함한다. 본 개시의 양상에서, 근적외선 광은 대략 700nm - 1.6㎛의 파장 범위를 가지는 것으로 정의될 수 있다.In aspects of the present disclosure, visible light may be defined as having a wavelength range of approximately 380 nm - 700 nm. Invisible light can be defined as light with a wavelength outside the visible light range, such as ultraviolet light or infrared light. Infrared light, which has a wavelength range of approximately 700nm-1mm, includes near-infrared light. In aspects of the present disclosure, near-infrared light may be defined as having a wavelength range of approximately 700 nm - 1.6 μm.
본 개시의 양상에서, "투명한"이라는 용어는 90% 초과의 광 투과율을 가지는 것으로 정의될 수 있다. 일부 양상에서, "투명한"이라는 용어는 가시광선의 90% 초과 투과율을 가지는 물질로 정의될 수 있다.In aspects of the present disclosure, the term “transparent” may be defined as having a light transmittance of greater than 90%. In some aspects, the term “transparent” may be defined as a material that has a transmission of greater than 90% of visible light.
FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) LIDAR는 주파수 변조되고 콜리메이트된 광 빔을 물체로 향하게 하여 물체의 거리(range)와 속도를 직접 측정한다. 물체에서 반사되는 광은 탭 버전(tapped version)의 빔과 결합된다. 결과적인 비트 톤(beat tone)의 주파수는 도플러 편이가 수정되고 나면 LIDAR 시스템에서 물체까지의 거리가 비례하여, 두 번째 측정이 필요할 수 있다. 동시에 수행되거나 수행되지 않을 수 있는 두 측정은 거리와 속도 정보를 모두 제공한다.FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) LIDAR directly measures the range and speed of an object by directing a frequency-modulated, collimated light beam at the object. The light reflected from the object is combined into a tapped version of the beam. The frequency of the resulting beat tone is proportional to the distance of the object in the LIDAR system once the Doppler shift has been corrected, so a second measurement may be necessary. The two measurements, which may or may not be performed simultaneously, provide both distance and speed information.
FMCW LIDAR는 향상된 생산성(manufacturability)과 성능을 위해 집적 포토닉스(integrated photonics)를 활용할 수 있다. 집적 포토닉 시스템은 일반적으로 미크론 규모의 도파 장치(waveguiding devices)를 사용하여 단일 광 모드를 조작한다.FMCW LIDAR can utilize integrated photonics for improved manufacturability and performance. Integrated photonic systems typically manipulate a single optical mode using micron-scale waveguiding devices.
LIDAR 시스템은 나가는 광을 타겟을 향해 조향하고 그 타겟으로부터 수신된 광을 수신기로 반사시키는 하나 이상의 연속 이동 거울을 포함할 수 있다. LIDAR에서 타겟까지 이동하고 되돌아오는 광의 주행 시간(transit time)으로 인하여, 거울의 지속적인 움직임은 수신된 광을 수 미크론 크기의 트랜시버에서 멀어지게 한다. 이 "빔 워크오프(beam walkoff)" 효과는 시스템 성능 저하로 이어질 수 있다.A LIDAR system may include one or more continuously moving mirrors that steer outgoing light toward a target and reflect light received from that target to a receiver. Due to the transit time of light traveling from the LIDAR to the target and back, the mirror's constant movement moves the received light away from the transceiver, which is several microns in size. This “beam walkoff” effect can lead to reduced system performance.
FMCW LIDAR의 종래의 통합 구현은 송신기와 수신기를 같은 위치에 배치하는 것을 포함한다. 그러나 이렇게 하면 수신 광 전력이 LO/신호 스플리터를 다시 통과해야 하므로 추가 손실이 발생할 수 있다. 성능을 높이려면, 이 스플리터가 광 시스템에 추가 손실을 추가하지 않도록 송신기와 수신기를 분리하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 구현에서 송신기와 수신기는 비동축(non-coaxial)이며 서로 이격된다.A conventional integrated implementation of FMCW LIDAR involves co-locating the transmitter and receiver. However, this may cause additional losses as the received optical power must pass back through the LO/signal splitter. To increase performance, it may be desirable to separate the transmitter and receiver so that this splitter does not add additional losses to the optical system. In this implementation, the transmitter and receiver are non-coaxial and spaced apart.
본 개시의 구현에서, LIDAR 시스템은 제1 수신 광 커플러, 제2 수신 광 커플러, 제1 광 믹서, 제2 광 믹서 및 광 스위치를 포함한다. 제1 수신 광 커플러 사이에 배치된 송신 광 커플러는 회전 거울에 의해 타겟으로 향하는 근적외선 송신 빔을 방출할 수 있다. 송신 빔은 타겟에서 반사되고, 리턴 빔으로서 되돌아온다. 회전 거울이 제1 방향(예를 들어 시계 방향)으로 회전할 때 빔 워크오프로 인해 리턴 빔이 제2 방향으로 변위되어 리턴 빔이 제1 수신 광 커플러에 입사될 수 있다. 회전 거울이 제2 방향(예를 들어 반시계 방향)으로 회전할 때 빔 워크오프로 인해 리턴 빔이 제2 방향으로 변위되어 리턴 빔이 제2 수신 광 커플러에 입사될 수 있다. 송신 커플러와 동축이 아닌 수신 광 커플러로 리턴 빔을 캡처하면 리턴 빔의 신호가 증가합니다. 2개의 상이한 수신 광 커플러로 리턴 빔의 캡처를 용이하게 하기 위해, 광 스위치는 제1 광 믹서와 제2 광 믹서 사이에서 발진기 광 신호를 스위칭하도록 구성될 수 있으며, 여기서 제1 광 믹서는 발진기 광 신호와 제1 수신 신호의 수신에 응답하여 제1 신호를 생성하도록 구성되고 제2 광 믹서는 발진기 광 신호와 제2 수신 신호의 수신에 응답하여 제2 신호를 생성하도록 구성된다.In implementations of the present disclosure, the LIDAR system includes a first receive optical coupler, a second receive optical coupler, a first optical mixer, a second optical mixer, and an optical switch. The transmission optical coupler disposed between the first receiving optical couplers may emit a near-infrared transmission beam directed to the target by a rotating mirror. The transmit beam reflects off the target and returns as a return beam. When the rotating mirror rotates in the first direction (eg, clockwise), the return beam may be displaced in the second direction due to beam walk-off and the return beam may be incident on the first receiving optical coupler. When the rotating mirror rotates in the second direction (eg, counterclockwise), the return beam may be displaced in the second direction due to beam walk-off and the return beam may be incident on the second receiving optical coupler. Capturing the return beam with a receiving optocoupler rather than coaxial with the transmit coupler increases the signal in the return beam. To facilitate capture of the return beam with two different receive optical couplers, an optical switch may be configured to switch the oscillator optical signal between a first optical mixer and a second optical mixer, where the first optical mixer combines the oscillator optical signal. and the second optical mixer is configured to generate a first signal in response to receiving the oscillator optical signal and the second received signal.
본 개시의 일부 양상에서, 편광-다이버스 코히런트 픽셀(polarization-diverse coherent pixel) 및 기울어진 복굴절 재료 조각(tilted piece of birefringent material)을 포함하는 LIDAR 애플리케이션에서 빔 워크오프를 보정하기 위한 장치가 설명된다. 광은 복굴절 재료를 통과하는 편광 A를 가지는 코히런트 픽셀로부터 방출될 수 있다. 광이 복굴절 재료를 통과할 때, 빔은 굴절의 결과로 광원에 대해 오프셋이 된다. 이 광은 LIDAR 시스템을 떠나 시스템에서 약간 떨어진 확산 표면에서 반사된다. 확산 표면에서 반사된 광은 임의의 편광을 가질 수 있다. 방출된 편광 A에 직교하는 편광의 광은 방출된 광과 비교하여 빔에 다른 변위를 도입하는 복굴절 재료를 통해 다시 전파된다. 이 빔은 광을 수신하는 편광-다이버스 코히런트 픽셀을 비춘다. LIDAR 시스템에서 빔 워크오프를 완화하는 특정 송신 및 수신 오프셋 세트를 선택하기 위해 복굴절 재료 및 형상을 선택할 수 있다. 비동축 송신기 및 수신기를 구현하는 특정 송신 및 수신 오프셋 세트를 선택하기 위해 복굴절 재료 및 형상을 선택할 수도 있다. 이들 및 다른 구현은 도 1 내지 도 8c와 관련하여 더 상세히 설명된다.In some aspects of the disclosure, an apparatus for correcting beam walkoff in LIDAR applications comprising a polarization-diverse coherent pixel and a tilted piece of birefringent material is described. . Light may be emitted from a coherent pixel with polarization A passing through the birefringent material. When light passes through a birefringent material, the beam becomes offset relative to the light source as a result of refraction. This light leaves the LIDAR system and is reflected off a diffuse surface some distance away from the system. Light reflected from the diffuse surface can have any polarization. Light of polarization orthogonal to the emitted polarization A propagates back through the birefringent material introducing a different displacement in the beam compared to the emitted light. This beam illuminates a polarization-diverse coherent pixel that receives the light. In LIDAR systems, birefringent materials and geometries can be selected to select a specific set of transmit and receive offsets that mitigate beam walkoff. Birefringent materials and geometries may also be selected to select specific sets of transmit and receive offsets that implement non-coaxial transmitters and receivers. These and other implementations are described in more detail with respect to Figures 1-8C.
도 1은 본 개시의 구현에 따라, 빔 워크오프를 보정하기 위해 복굴절 빔 디스플레이서와 함께 사용될 수 있는 편광-다이버스 코히런트 픽셀(111)의 구현의 다이어그램을 도시한다. 픽셀(111)의 예시된 구현은 1x2 스플리터(102), 광 믹서(109), 및 이중 편광 격자 커플러(104)를 포함한다.1 shows a diagram of an implementation of a polarization-diverse coherent pixel 111 that can be used with a birefringent beam displacer to correct for beam walkoff, according to an implementation of the present disclosure. The illustrated implementation of pixel 111 includes a 1x2 splitter 102, an optical mixer 109, and a dual polarization grating coupler 104.
광(101)은 픽셀(111)에 들어가 스플리터(예를 들어, 1x2 스플리터(102))에 의해 분할될 수 있다. 광(101)은 연속파(CW) 레이저에 의해 생성된 적외선 레이저 광일 수 있다. 일부 구현에서, 레이저 광은 콜리메이트될 수 있다. 예를 들어, 광의 X%(광의 제1 퍼센티지)는 상부 상호연결부(103)에서 스플리터를 떠나, 제1 편광된 광(105)(예를 들어, TE-편광된 광)을 방출할 수 있는 이중 편광 격자 커플러(104)를 통해 라우팅된다. 일부 구현에서, 광의 제1 퍼센티지는 70%와 99% 사이일 수 있다. 일부 구현에서, 제1 편광된 광(105)은 렌즈를 통해 결합될 수 있고 거울로부터 타겟 장면(target scene)으로 반사될 수 있다. 일부 구현에서, 제1 편광된 광(105)은 콜리메이트되지 않은 광일 수 있고 렌즈에 의해 콜리메이트된 발산 빔일 수 있다.Light 101 may enter pixel 111 and be split by a splitter (e.g., 1x2 splitter 102). Light 101 may be infrared laser light generated by a continuous wave (CW) laser. In some implementations, the laser light can be collimated. For example, is routed through a polarization grating coupler (104). In some implementations, the first percentage of light can be between 70% and 99%. In some implementations, first polarized light 105 may be coupled through a lens and reflected from a mirror to a target scene. In some implementations, the first polarized light 105 may be non-collimated light and may be a divergent beam collimated by a lens.
코히런트 픽셀(111)로 되돌아오는 광(106)은 이중 편광 격자 커플러(104)에 의해 코히런트 픽셀(111)로 다시 결합되는 제2 편광된 성분(106)(예를 들어, TM-편광된 광)을 가질 수 있다. 따라서, 이중 편광 격자 커플러(104)는 제1 편광 배향(예를 들어, TE-편광된 광)을 가지는 광을 방출하고 제2 편광 배향(예를 들어, TM-편광된 광)을 가지는 반사 빔(광(106))을 픽셀(111)에 결합시킬 수 있다. 픽셀(111)에 결합된 이 광은 송신 경로와 상이한 상호연결부(107)를 따라 광 믹서(109)로 라우팅되고, 광 믹서(109)는 1x2 스플리터(102)로부터 하부 상호연결부(108)로 분할되는 광의 잔여 Y%(광의 제2 퍼센티지)와 상호연결부(107)의 리턴 광 필드를 혼합한다. 일부 구현에서, 광의 제2 퍼센티지는 1%와 30% 사이일 수 있다. 일부 구현에서, 반사 빔(광(106))은 자율 차량의 환경에서 타겟으로부터 반사/산란될 수 있다. 광 믹서(109)(하나 이상이 있을 수 있음)로부터의 출력(110)은 수신기 광전자 회로에 의해 처리된다. 따라서, 광 믹서(109)는 스플리터(102)에 의해 상호연결부(108)로 분할된 광의 제2 퍼센티지(Y%)를 상호연결부(107)를 따라 라우팅된 반사 빔과 혼합함으로써 출력(110)을 생성하도록 구성된다.Light 106 returning to coherent pixel 111 is divided into a second polarized component 106 (e.g., a TM-polarized component) that is coupled back to coherent pixel 111 by dual polarization grating coupler 104. Gwang) can be had. Accordingly, the dual polarization grating coupler 104 emits light having a first polarization orientation (e.g., TE-polarized light) and a reflected beam having a second polarization orientation (e.g., TM-polarized light). (Light 106) may be coupled to pixel 111. This light coupled to pixel 111 is routed along a different interconnect 107 than the transmit path to an optical mixer 109 which splits it from a 1x2 splitter 102 into a lower interconnect 108. mixes the return light field of the interconnect 107 with the remaining Y% of the light (second percentage of light). In some implementations, the second percentage of light can be between 1% and 30%. In some implementations, the reflected beam (light 106) may reflect/scatter from a target in the environment of an autonomous vehicle. The output 110 from the optical mixer 109 (there may be more than one) is processed by a receiver optoelectronic circuit. Accordingly, optical mixer 109 produces output 110 by mixing the second percentage (Y%) of the light split by splitter 102 into interconnect 108 with the reflected beam routed along interconnect 107. It is configured to create
도 2는 본 개시의 구현에 따라, LIDAR 장치의 편광-다이버스 코히런트 픽셀(212)의 구현의 다이어그램을 도시한다. 픽셀(212)은 빔 워크오프를 보정하기 위해 복굴절 빔 디스플레이서와 함께 사용될 수 있다. 픽셀(212)의 예시된 구현은 1x2 스플리터(202), 광 믹서(210), 송신 격자 커플러(204), 및 송신 격자 커플러(204)에 수직으로 배향된 단일 편광 격자 커플러(207)를 포함한다.FIG. 2 shows a diagram of an implementation of a polarization-diverse coherent pixel 212 of a LIDAR device, according to an implementation of the present disclosure. Pixel 212 may be used with a birefringent beam displacer to correct for beam walkoff. The illustrated implementation of pixel 212 includes a 1x2 splitter 202, an optical mixer 210, a transmit grating coupler 204, and a single polarization grating coupler 207 oriented perpendicular to the transmit grating coupler 204. .
광(201)은 픽셀(212)에 들어가고 스플리터(예를 들어, 1x2 스플리터(202))에 의해 분할될 수 있다. 광(201)은 CW 레이저에 의해 생성된 적외선 레이저 광일 수 있다. 일부 구현에서, 레이저 광은 콜리메이트될 수 있다. 예를 들어, 광의 X%(광의 제1 퍼센티지)는 상부 상호연결부(203)에서 스플리터를 떠나 제1 편광된 광(205)(예를 들어, TE-편광된 광)을 방출하는 단일 편광 격자 커플러(204)로 라우팅된다. 일부 구현에서, 광의 제1 퍼센티지는 70%와 99% 사이일 수 있다. 제1 편광된 광(205)은 렌즈를 통해 결합될 수 있고 타겟 장면 상으로 거울로부터 반사될 수 있다. 일부 구현에서, 제1 편광된 광(205)은 콜리메이트되지 않은 광일 수 있고 렌즈에 의해 콜리메이트되는 발산 빔일 수 있다.Light 201 enters pixel 212 and may be split by a splitter (e.g., 1x2 splitter 202). Light 201 may be infrared laser light generated by a CW laser. In some implementations, the laser light can be collimated. For example, X% of the light (the first percentage of the light) leaves the splitter at the upper interconnect 203 and emits a first polarized light 205 (e.g., TE-polarized light) to a single polarization grating coupler. It is routed to (204). In some implementations, the first percentage of light can be between 70% and 99%. First polarized light 205 may be coupled through a lens and reflected from the mirror onto the target scene. In some implementations, the first polarized light 205 may be non-collimated light and may be a divergent beam that is collimated by a lens.
코히런트 픽셀(212)로 되돌아오는 광은 광의 직교 편광을 수신하도록 송신 격자 커플러(204)에 수직으로 배향되는 단일 편광 격자 커플러(207)에 의해 코히런트 픽셀(212)에 다시 결합되는 제2 평광된 성분(206)(예를 들어, TM-평광된 성분)을 포함할 수 있다. 이 광은 송신 경로와 상이한 상호연결부(208)를 따라 광 믹서(210)로 라우팅되고, 광 믹서(210)는 1x2 스플리터(202)로부터 하부 상호연결부(209)로 분할되는 광의 잔여 Y%(광의 제2 퍼센티지)와 상호연결부(208)의 리턴 광 필드를 혼합한다. 일부 구현에서, 광의 제2 퍼센티지는 1%와 30% 사이일 수 있다. 일부 구현에서, 반사 빔(광(206)은 자율 차량의 환경에서 타겟으로부터 반사/산란될 수 있다. 이 믹서(210)(하나 이상 있을 수 있음)로부터의 출력(211)은 수신기 광전자 회로에 의해 처리된다. 따라서, 광 믹서(210)는 스플리터(202)에 의해 상호연결부(209)로 분할된 광의 제2 퍼센티지(Y%)를 상호연결부(208)를 따라 라우팅된 반사 빔과 혼합함으로써 출력(211)을 생성하도록 구성된다.The light returning to the coherent pixel 212 is second polarized and coupled back to the coherent pixel 212 by a single polarization grating coupler 207 that is oriented perpendicular to the transmitting grating coupler 204 to receive orthogonal polarization of the light. may include a polarized component 206 (e.g., a TM-polarized component). This light is routed along a different interconnect 208 than the transmit path to the optical mixer 210, which determines the remaining Y% (broadly speaking) of the light split from the 1x2 splitter 202 to the lower interconnect 209. a second percentage) and the return light field of the interconnect 208. In some implementations, the second percentage of light can be between 1% and 30%. In some implementations, the reflected beam (light 206) may be reflected/scattered from a target in the environment of an autonomous vehicle. The output 211 from this mixer 210 (there may be more than one) is fed by a receiver optoelectronic circuit. Accordingly, the optical mixer 210 mixes the second percentage (Y%) of the light split by the splitter 202 into the interconnect 209 with the reflected beam routed along the interconnect 208 to output ( 211).
도 3a는 본 개시의 구현에 따라, 송신 광 커플러와 2개의 수신 광 커플러를 포함하는 픽셀(399)을 도시한다. 픽셀(399)은 도 2에 설명된 픽셀의 변형이다. 도 3a의 LIDAR 시스템(300)은 픽셀(399), 프로세싱 로직(331), 및 회전 거울(360)을 포함한다. 픽셀(399)은 1x2 스플리터(302), 광 스위치(315), 제1 광 믹서(313), 제2 광 믹서(311), 제1 수신 광 커플러(309), 제2 수신 광 커플러(307), 및 송신 광 커플러(304)를 포함한다. 송신 광 커플러(304)는 제1 수신 광 커플러(309)와 제2 수신 광 커플러(307) 사이에 배치된다. 일 구현에서, 송신 광 커플러(304)는 제1 수신 광 커플러(309)와 제2 수신 광 커플러(307) 사이의 중간점(midpoint)에 배치될 수 있다.3A shows a pixel 399 that includes a transmit optical coupler and two receive optical couplers, according to an implementation of the present disclosure. Pixel 399 is a variation of the pixel illustrated in FIG. 2. LIDAR system 300 of FIG. 3A includes pixel 399, processing logic 331, and rotating mirror 360. The pixel 399 includes a 1x2 splitter 302, an optical switch 315, a first optical mixer 313, a second optical mixer 311, a first receiving optical coupler 309, and a second receiving optical coupler 307. , and a transmission optical coupler 304. The transmission optical coupler 304 is disposed between the first reception optical coupler 309 and the second reception optical coupler 307. In one implementation, the transmit optical coupler 304 may be placed at the midpoint between the first receive optical coupler 309 and the second receive optical coupler 307.
송신 광 커플러(304)는 제1 편광 배향을 가지는 송신 빔(305)을 방출하도록 구성된 단일 편광 격자 커플러일 수 있다. 제1 수신 광 커플러(309)는 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 가지는 리턴 빔을 수신하도록 구성된 단일 편광 격자 커플러일 수 있다. 제2 수신 광 커플러(307)는 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 가지는 리턴 빔을 수신하도록 구성된 단일 편광 격자 커플러일 수 있다.The transmit optical coupler 304 may be a single polarization grating coupler configured to emit a transmit beam 305 having a first polarization orientation. The first receiving optical coupler 309 may be a single polarization grating coupler configured to receive a return beam having a second polarization orientation orthogonal to the first polarization orientation. The second receiving optical coupler 307 may be a single polarization grating coupler configured to receive a return beam having a second polarization orientation orthogonal to the first polarization orientation.
광(301)은 픽셀(399)에 들어가고 1x2 스플리터(302)에 의해 분할된다. 광(301)은 CW 레이저에 의해 생성된 적외선 레이저 광일 수 있다. 광(301)은 CW 레이저에 의해 생성된 근적외선 레이저 광일 수 있다. 도 3a의 예시에서, 광의 X%는 상부 상호연결부(303)에서 1x2 스플리터(302)를 빠져나가, TE-편광된 광을 송신 빔(305)으로 방출하는 단일 편광 격자 커플러(304)로 라우팅된다. 도시된 구현에서, 회전 거울(360)은 송신 빔(305)을 장면의 타겟으로 향하게 하도록 구성된다. 송신 빔(305)는 회전 거울(360)을 만나기 전에 추가적인 광학 장치(도 3a에 특별히 도시되지 않음)를 통해 전파될 수 있다.Light 301 enters pixel 399 and is split by a 1x2 splitter 302. Light 301 may be infrared laser light generated by a CW laser. Light 301 may be near-infrared laser light generated by a CW laser. In the example of FIG. 3A , . In the depicted implementation, rotating mirror 360 is configured to direct transmit beam 305 to a target in the scene. Transmit beam 305 may propagate through additional optics (not specifically shown in Figure 3A) before encountering rotating mirror 360.
송신 빔(305)은 타겟에 의해 반사 또는 산란되고, 리턴 빔으로서 되돌아올 수 있다. 리턴 빔이 어떻게 변위되는지에 따라, 두 경로 중 하나를 통해 픽셀(399)에 다시 결합될 수 있다. 제1 경로에서, 리턴 빔은 제1 수신 광 커플러(309)에 의해 픽셀(399)로 다시 결합되는 TM-편광된 성분(308)을 가질 수 있다. 제1 수신 광 커플러(309)는 광의 직교 편광을 수신하도록 송신 격자 커플러(304)에 수직으로 배향되는 단일 편광 격자 커플러일 수 있다. 제2 경로에서, 리턴 빔은 제2 수신 광 커플러(307)에 의해 픽셀(399)로 다시 결합되는 TM-편광된 성분(306)을 가질 수 있다. 제2 수신 광 커플러(307)는 또한 광의 직교 편광을 수신하도록 송신 격자 커플러(304)에 수직으로 배향되는 단일 편광 격자 커플러일 수 있다.The transmit beam 305 may be reflected or scattered by the target and return as a return beam. Depending on how the return beam is displaced, it can recombine to pixel 399 through one of two paths. In the first path, the return beam may have a TM-polarized component 308 that is coupled back to the pixel 399 by a first receive optical coupler 309. The first receiving optical coupler 309 may be a single polarization grating coupler oriented perpendicular to the transmitting grating coupler 304 to receive orthogonal polarization of light. In the second path, the return beam may have a TM-polarized component 306 that is coupled back to the pixel 399 by a second receive optical coupler 307. The second receiving optical coupler 307 may also be a single polarization grating coupler oriented perpendicular to the transmitting grating coupler 304 to receive orthogonal polarization of light.
리턴 빔의 변위 방향은 회전 방향 또는 회전 거울(360)에 의존할 수 있다. 변위는 회전 거울(360)에서 반사되는 송신 빔과 회전 거울(360)에서 반사되는 리턴 빔 사이의 시간 지연으로부터 회전 거울(360)의 상이한 각도에 의해 적어도 부분적으로 야기된다. 리턴 빔의 변위는 또한 픽셀(399)과 회전 거울(360) 사이에 배치된 다양한 광학 장치에 의해 야기될 수 있다. 예로서, 회전 거울(360)이 제1 방향으로 회전하는 경우, 리턴 빔은 제1 수신 광 커플러(309)로 입사되기 위해 변위될 수 있다. 그리고 회전 거울(360)이 제2 방향으로 회전하는 경우, 리턴 빔은 제2 수신 광 커플러(307)로 입사되기 위해 변위될 수 있다. 리턴 빔이 상이한 수신 광 커플러로 수신되는 것을 설명하기 위해, 광 스위치(315)는 리턴 빔을 수신하는 수신 광 커플러에 대응하는 상이한 광 믹서에 발진기 신호(광 도파관(314)에서 전파됨)를 제공하도록 구동될 수 있다. 도 3a의 예시에서, 광 스위치(315)는 능동 광 스위치이지만, 일부 구현에서, 광 스위치(315)는 능동적으로 구동될 필요가 없는 수동 광 스위치일 수 있다.The direction of displacement of the return beam may depend on the direction of rotation or the rotating mirror 360. The displacement is caused at least in part by the different angles of the rotating mirror 360 from the time delay between the transmit beam reflecting off the rotating mirror 360 and the return beam reflecting off the rotating mirror 360 . Displacement of the return beam may also be caused by various optics disposed between pixel 399 and rotating mirror 360. As an example, when the rotating mirror 360 rotates in the first direction, the return beam may be displaced to be incident on the first receiving optical coupler 309. And when the rotating mirror 360 rotates in the second direction, the return beam may be displaced to be incident on the second receiving optical coupler 307. To account for the return beam being received by a different receive optical coupler, optical switch 315 is configured to provide an oscillator signal (propagated in optical waveguide 314) to a different optical mixer corresponding to the receive optical coupler receiving the return beam. It can be driven. In the example of Figure 3A, optical switch 315 is an active optical switch, however, in some implementations, optical switch 315 may be a passive optical switch that does not need to be actively actuated.
제1 광 믹서(313)는 제1 수신 광 커플러(309)로부터 제1 수신 신호(312)를 수신하도록 구성되고, 제2 광 믹서(311)는 제2 수신 광 커플러(307)로부터 제2 수신 신호(310)를 수신하도록 구성된다. 광 스위치(315)는 제1 광 믹서(313)와 제2 광 믹서(311) 사이의 발진기 광 신호(광 상호연결부(314)에서 스플리터(302)로부터 수신됨)를 스위칭하도록 구성된다. 예시적인 구현에서, 프로세싱 로직(331)은 제1 광 믹서(313)와 제2 광 믹서(311) 사이의 발진기 광 신호의 스위칭을 제어하기 위해, 스위칭 신호(337)를 광 스위치(315)로 구동한다. 제1 광 믹서(313)는 광 스위치(315)로부터 발진기 광 신호를 수신하도록 구성된다. 제2 광 믹서(311)는 또한 광 스위치(315)로부터 발진기 광 신호를 수신하도록 구성된다. 제1 광 믹서는 발진기 광 신호 및 제1 수신 광 커플러(309)로부터 수신된 제1 수신 신호(312)의 수신에 응답하여 제1 전기 신호(319)를 생성하도록 구성된다. 제2 광 믹서(311)는 발진기 광 신호 및 제2 수신 광 커플러(307)로부터 수신된 제2 수신 신호(310)의 수신에 응답하여 제2 전기 신호(318)를 생성하도록 구성된다.The first optical mixer 313 is configured to receive the first receive signal 312 from the first receive optical coupler 309, and the second optical mixer 311 is configured to receive the second receive signal 312 from the second receive optical coupler 307. Configured to receive signal 310. The optical switch 315 is configured to switch the oscillator optical signal (received from the splitter 302 at the optical interconnect 314) between the first optical mixer 313 and the second optical mixer 311. In an example implementation, processing logic 331 couples switching signal 337 to optical switch 315 to control switching of the oscillator optical signal between first optical mixer 313 and second optical mixer 311. It runs. The first optical mixer 313 is configured to receive an oscillator optical signal from the optical switch 315 . The second optical mixer 311 is also configured to receive an oscillator optical signal from the optical switch 315 . The first optical mixer is configured to generate a first electrical signal 319 in response to receiving the oscillator optical signal and the first receive signal 312 received from the first receive optical coupler 309. The second optical mixer 311 is configured to generate a second electrical signal 318 in response to receiving the oscillator optical signal and the second receive signal 310 received from the second receive optical coupler 307.
일부 구현에서, 회전 거울(360)은 광 스위치(315)가 제1 광 믹서(313)에 발진기 광 신호를 제공하기 위해 스위칭될 때, 제1 방향(예컨대, 시계 방향)으로 회전하도록 구성된다. 도 3a에서, 회전 거울(360)이 제1 방향으로 회전할 때 리턴 빔의 빔 워크오프가 제1 수신 광 커플러(309) 쪽으로 변위될 것이기 때문에, 프로세싱 로직(331)은 회전 거울(360)을 제1 방향으로 회전시키기 위해 회전 신호(335)를 구동할 때, 광 스위치(315)를 구동하기 위한 스위칭 신호(337)를 구동하여 발진기 광 신호를 제1 광 믹서(313)에 제공할 수 있다. 회전 거울(360)은 또한 광 스위치(315)가 제2 광 믹서(311)에 발진기 광 신호를 제공하도록 스위칭될 때, 제2 방향(예를 들어 반시계 방향)으로 회전하도록 구성될 수 있다. 도 3a에서, 회전 거울(360)이 제2 방향으로 회전할 때 리턴 빔의 빔 워크오프가 제2 수신 광 커플러(307)쪽으로 변위될 것이기 때문에, 프로세싱 로직(331)은 회전 거울(360)을 제2 방향으로 회전시키기 위해 회전 신호(335)를 구동할 때, 광 스위치(315)를 구동하기 위한 스위칭 신호(337)를 구동하여 발진기 광 신호를 제2 광 믹서(311)에 제공할 수 있다.In some implementations, rotating mirror 360 is configured to rotate in a first direction (e.g., clockwise) when optical switch 315 is switched to provide an oscillator optical signal to first optical mixer 313. 3A, processing logic 331 rotates rotating mirror 360 because the beam walkoff of the return beam will be displaced toward the first receive optical coupler 309 when rotating mirror 360 rotates in the first direction. When driving the rotation signal 335 to rotate in the first direction, the switching signal 337 for driving the optical switch 315 is driven to provide an oscillator optical signal to the first optical mixer 313. . Rotating mirror 360 may also be configured to rotate in a second direction (e.g., counterclockwise) when optical switch 315 is switched to provide an oscillator optical signal to second optical mixer 311. 3A, processing logic 331 rotates rotating mirror 360 because the beam walkoff of the return beam will be displaced toward the second receive optical coupler 307 when rotating mirror 360 rotates in the second direction. When driving the rotation signal 335 to rotate in the second direction, the switching signal 337 for driving the optical switch 315 is driven to provide an oscillator optical signal to the second optical mixer 311. .
리턴 빔이 회전 거울(360)의 회전 방향에 따라 상이한 수신 광 커플러에 의해 수신되기 때문에, 프로세싱 로직(331)은 (회전 거울(360)이 제1 방향으로 회전하는 동안) 발진기 광 신호를 제1 광 믹서(313)에 제공하기 위해 광 스위치(315)가 스위칭될 때, 제1 광 믹서(313)로부터 제1 전기 신호(319)를 수신하도록 구성될 수 있다. 그 다음, 프로세싱 로직(331)은 또한 (회전 거울(360)이 제2 방향으로 회전하는 동안) 발진기 광 신호를 제2 광 믹서(311)에 제공하기 위해 광 스위치(315)가 스위칭될 때, 제2 광 믹서(311)로부터 제2 전기 신호(318)를 수신하도록 구성될 수 있다. 프로세싱 로직(331)은 입력 X1에서 제1 전기 신호(319)를 수신하고 입력 X2에서 제2 전기 신호(318)를 수신할 수 있다. 제1 전기 신호(319)는 제1 비트(beat) 신호의 전기적 표현으로 간주될 수 있고 제2 전기 신호(318)는 제2 비트 신호의 전기적 표현으로 간주될 수 있다. 제1 전기 신호(319) 및 제2 전기 신호(318)는 LIDAR 시스템의 외부 환경(예를 들어, 장면)의 하나 이상의 이미지를 생성하기 위해 LIDAR 시스템(300)에 의해 처리될 수 있다.Because the return beam is received by a different receiving optical coupler depending on the direction of rotation of rotating mirror 360, processing logic 331 converts the oscillator optical signal (while rotating mirror 360 is rotating in the first direction) into a first optical coupler. The optical switch 315 may be configured to receive a first electrical signal 319 from the first optical mixer 313 when the optical switch 315 is switched to provide the first electrical signal 319 to the optical mixer 313 . Processing logic 331 then also determines that when optical switch 315 is switched to provide the oscillator optical signal to second optical mixer 311 (while rotating mirror 360 is rotating in the second direction): It may be configured to receive a second electrical signal 318 from the second optical mixer 311. Processing logic 331 may receive a first electrical signal 319 at input X1 and a second electrical signal 318 at input X2. The first electrical signal 319 may be considered an electrical representation of a first beat signal and the second electrical signal 318 may be considered an electrical representation of a second beat signal. The first electrical signal 319 and the second electrical signal 318 may be processed by the LIDAR system 300 to generate one or more images of an environment (e.g., a scene) external to the LIDAR system.
도 3b는 본 개시의 구현에 따른, 회전 거울이 회전하는 동안, 신호를 선택하는 프로세스(350)를 도시한다. 일부 또는 모든 프로세스 블록이 프로세스(350)에 나타나는 순서는 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. 오히려, 본 개시의 이점을 가진 당업자는 프로세스 블록의 일부가 예시되지 않은 다양한 순서로 또는 심지어 병렬로 실행될 수 있음을 이해할 것이다. 일부 구현에서, 프로세싱 로직(331)은 프로세스(350)의 전부 또는 일부를 실행할 수 있다.FIG. 3B illustrates a process 350 for selecting a signal while a rotating mirror is rotating, according to an implementation of the present disclosure. The order in which some or all process blocks appear in process 350 should not be considered limiting. Rather, those skilled in the art having the benefit of this disclosure will understand that portions of the process blocks may be executed in various orders not illustrated, or even in parallel. In some implementations, processing logic 331 may execute all or part of process 350.
프로세스 블록(351)에서, 회전 거울이 제1 방향으로 회전할 때 광 스위치(예를 들어, 광 스위치(315)는 발진기 광 신호를 제1 광 믹서(예를 들어, 313)에 제공하도록 구동된다.At process block 351, an optical switch (e.g., optical switch 315) is driven to provide an oscillator optical signal to a first optical mixer (e.g., 313) when the rotating mirror rotates in a first direction. .
프로세스 블록(353)에서, 제1 광 믹서가 발진기 광 신호를 수신하는 동안 제1 광 믹서에 의해 생성된 제1 신호(예를 들어, 신호(319))가 샘플링된다. 예를 들어, 제1 신호는 프로세싱 로직(331)에 포함된 아날로그-디지털 변환기에 의해 샘플링될 수 있다. 제1 신호는 발진기 광 신호 및 제1 수신 광 커플러(예를 들어, 제1 수신 광 커플러(309))에 의해 생성된 제1 수신 신호에 응답하여 생성될 수 있다.At process block 353, a first signal generated by the first optical mixer (e.g., signal 319) is sampled while the first optical mixer receives the oscillator optical signal. For example, the first signal may be sampled by an analog-to-digital converter included in the processing logic 331. The first signal may be generated in response to an oscillator optical signal and a first receive signal generated by a first receive optical coupler (e.g., first receive optical coupler 309).
프로세스 블록(355)에서, 회전 거울이 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 회전할 때 광 스위치는 발진기 광 신호를 제2 광 믹서(예를 들어, 311)에 제공하도록 구동된다.At process block 355, an optical switch is driven to provide an oscillator optical signal to a second optical mixer (e.g., 311) when the rotating mirror rotates in a second direction opposite to the first direction.
프로세스 블록(357)에서, 제2 광 믹서가 발진기 광 신호를 수신하는 동안 제2 광 믹서에 의해 생성된 제2 신호(예를 들어, 신호(318))가 샘플링된다. 예를 들어, 제2 신호는 프로세싱 로직(331)에 포함된 아날로그-디지털 변환기에 의해 샘플링될 수 있다. 제2 신호는 발진기 광 신호 및 제2 수신 광 커플러(예를 들어, 제2 수신 광 커플러(307))에 의해 생성된 제2 수신 신호에 응답하여 생성될 수 있다.At process block 357, a second signal generated by the second optical mixer (e.g., signal 318) is sampled while the second optical mixer receives the oscillator optical signal. For example, the second signal may be sampled by an analog-to-digital converter included in the processing logic 331. The second signal may be generated in response to the oscillator optical signal and the second receive signal generated by the second receive optical coupler (e.g., second receive optical coupler 307).
프로세스(350)의 일부 구현에서, 회전 거울은 리턴 빔을 제1 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성되고 회전 거울은 또한 리턴 빔을 제2 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성된다. 회전 거울은 송신 빔(예를 들어, 송신 빔(305))을 송신 광 커플러(예를 들어, 송신 광 커플러(304))로부터 타겟으로 향하게 하도록 추가로 구성될 수 있고, 리턴 빔은 타겟에서 반사되는 송신 빔이다. 일부 구현에서, 프로세스(350)는 프로세스 블록(357)을 실행한 후에 프로세스 블록(351)으로 되돌아 올 수 있다.In some implementations of process 350, the rotating mirror is configured to direct the return beam to the first receiving optical coupler and the rotating mirror is also configured to direct the return beam to the second receiving optical coupler. The rotating mirror may be further configured to direct a transmit beam (e.g., transmit beam 305) from a transmit optical coupler (e.g., transmit optical coupler 304) to a target, and the return beam is reflected at the target. It is a transmission beam that is In some implementations, process 350 may return to process block 351 after executing process block 357.
도 4는 본 개시의 구현에 따라, 도 1 내지 도 3a에 도시된 예시적인 코히런트 픽셀이 병렬 FMCW LiDAR 측정을 수행하기 위해 방출기 및 수신기의 어레이로 어떻게 조립될 수 있는지를 도시한다. 입력 광(401)은 입력 광을 N개의 광 출력으로 보내는 MxN 채널 광 전력 분배 네트워크(402)에 진입한다. 이 광 전력 분배는 본질적으로 능동적이거나 수동적일 수 있다. 분배 네트워크의 각 광 출력(403)은 픽셀 어레이(404)에 배열된 코히런트 픽셀(405)에 연결된다.4 illustrates how the example coherent pixels shown in FIGS. 1-3A can be assembled into an array of emitters and receivers to perform parallel FMCW LiDAR measurements, according to an implementation of the present disclosure. Input light 401 enters an MxN channel optical power distribution network 402 which directs the input light to N optical outputs. This optical power distribution may be active or passive in nature. Each optical output 403 of the distribution network is coupled to a coherent pixel 405 arranged in a pixel array 404.
각 코히런트 픽셀(405)은 특정 편광(406)(예를 들어, TE-편광된 광)의 광을 방출한다. 이 광 빔은 빔 변위 광학 장치(407 및 408)에 들어간 다음 광을 콜리메이트하고 원하는 방향(410)으로 조정하는 렌즈(409)를 통과한다. 이 광은 환경(411)에서 대상에서 반사되어 FMCW LiDAR 시스템(400)을 향해 다시 전파되는 광의 리턴 빔(412)을 생성할 수 있다. 이 광 빔은 렌즈(409)를 다시 통과한 다음 빔 변위 광학 장치(407 및 408)를 다시 통과한다. 이 리턴 광은 도 1 내지 도 3a에 도시된 바와 같이, 송신 경로와 상이한 광 경로를 통해 코히런트 픽셀로 다시 결합되는 송신 편광에 직교하는 편광 성분(413)(예를 들어, TM-편광된 광)을 가질 수 있다.Each coherent pixel 405 emits light of a specific polarization 406 (eg, TE-polarized light). This light beam enters beam displacement optics 407 and 408 and then passes through lens 409 which collimates and steers the light in the desired direction 410. This light may reflect off an object in the environment 411 to create a return beam 412 of light that propagates back toward the FMCW LiDAR system 400. This light beam passes again through lens 409 and then through beam displacement optics 407 and 408. This return light has a polarization component 413 orthogonal to the transmit polarization (e.g., TM-polarized light) that is coupled back to the coherent pixel through an optical path different from the transmit path, as shown in FIGS. 1-3A. ) can have.
도 5는 본 개시의 구현에 따라, 예시적인 빔 변위 장치(533)를 도시한다. 예시적인 빔 변위 장치(533)는 예를 들어 빔 변위 광학 장치(407/408)로 사용될 수 있다. 도 5는 FMCW LIDAR에서 빔 워크오프 보정을 위한 빔 변위 장치의 기본 동작을 나타낸다. 빔 변위 장치(533)의 동작은 송신 경로(501) 및 수신 경로(514)에 대해 설명될 수 있다.5 shows an example beam displacement device 533, in accordance with implementations of the present disclosure. Exemplary beam displacement device 533 may be used, for example, as beam displacement optics 407/408. Figure 5 shows the basic operation of the beam displacement device for beam walk-off correction in FMCW LIDAR. The operation of the beam displacement device 533 can be described in terms of a transmit path 501 and a receive path 514.
송신 경로(501)에서, 코히런트 픽셀(502)은 특정 편광을 가지는 송신 빔(503)을 방출한다. 송신 빔(503)은 예를 들어 레이저에 의해 생성된 레이저 광(101)일 수 있다. 송신 빔(503)은 적외선일 수 있다. 일부 구현에서, 송신 빔(503)은 근적외선이다. 코히런트 픽셀(502)의 묘사된 위치는 일부 구현에서 이중 편광 격자 커플러(104)와 같은 위치에 있을 수 있다. 도 5의 예시에서. 송신 빔(503)의 송신 편광은 45도이지만, 이 초기 편광은 상이한 구현에서 상이할 수 있다. 송신 빔(503)은 빔 변위 엘리먼트(506)의 광축에 수직이 되도록, 송신 빔(505)으로 묘사된 송신 편광을 회전시키는 선택적인(optional) 빔 회전기(504)를 통해 전파된다. 선택적인 빔 회전기(504)는 반파장판(half wave plate) 또는 기타 이방성 결정(anisotropic crystal)을 사용하여 구현될 수 있다. 도 5에서, 빔 변위 엘리먼트(506)는 코히런트 픽셀(502)과 회전 거울(511) 사이에 배치된다.In transmit path 501, coherent pixel 502 emits a transmit beam 503 with a specific polarization. The transmission beam 503 may be, for example, laser light 101 generated by a laser. Transmit beam 503 may be infrared. In some implementations, transmit beam 503 is near infrared. The depicted location of coherent pixel 502 may be co-located with dual polarization grating coupler 104 in some implementations. In the example of Figure 5. The transmit polarization of transmit beam 503 is 45 degrees, but this initial polarization may be different in different implementations. Transmit beam 503 is propagated through an optional beam rotator 504 that rotates the transmit polarization, depicted as transmit beam 505, so that it is perpendicular to the optical axis of beam displacement element 506. The optional beam rotator 504 may be implemented using a half wave plate or other anisotropic crystal. In Figure 5, beam displacement element 506 is placed between coherent pixel 502 and rotating mirror 511.
빔 변위 엘리먼트(506)를 통해 전파된 후, 송신 빔(507)은 원래의 축을 따라 전파되고 그 편광은 변경되지 않는다(송신 빔(505)의 예시와 비교할 때). 도 5에서, 송신 빔(507)은 빔 변위 엘리먼트(506)와 회전 거울(511) 사이에 배치된 렌즈(508)에 들어간다. 렌즈(508)는 광을 콜리메이트하고 원하는 방향으로 조종할 수 있다. 렌즈(508)는 하나 이상의 벌크 광학 렌즈 엘리먼트, 마이크로 렌즈 또는 얇은 회절 격자를 사용하여 구현될 수 있다. 렌즈(508)를 통해 전파된 후, 광은 빔 변위 엘리먼트(506)와 회전 거울(511) 사이에 배치된 선택적인(optional) 파장판(509)을 통해 전파될 수 있다. 파장판(509)은 입사광의 편광축을 45도 이동시키도록 구성된 1/4 파장판일 수 있다. 따라서, 입사 선형 편광된 광은 파장판(509)에 의해 원형 편광된 광으로 변환될 수 있다. 마찬가지로, 입사 원형 편광된 광은 파장판(509)에 의해 선형 편광된 광으로 변환될 수 있다. 파장판(509)은 예를 들어, 석영, 유기 재료 시트, 또는 액정과 같은 복굴절 재료로 만들어질 수 있다.After propagating through beam displacement element 506, transmit beam 507 propagates along its original axis and its polarization is unchanged (compared to the example of transmit beam 505). In Figure 5, transmit beam 507 enters lens 508 disposed between beam displacement element 506 and rotating mirror 511. Lens 508 can collimate light and steer it in a desired direction. Lens 508 may be implemented using one or more bulk optical lens elements, micro lenses, or thin diffraction gratings. After propagating through the lens 508, the light may propagate through an optional wave plate 509 disposed between the beam displacement element 506 and the rotating mirror 511. The wave plate 509 may be a quarter wave plate configured to shift the polarization axis of incident light by 45 degrees. Accordingly, incident linearly polarized light can be converted to circularly polarized light by the wave plate 509. Likewise, incident circularly polarized light can be converted to linearly polarized light by wave plate 509. Waveplate 509 may be made of a birefringent material, such as quartz, a sheet of organic material, or liquid crystal, for example.
예시된 구현에서, 이 원형 편광된 송신 빔(510)은 회전 거울(511)에서 반사된다. 회전 거울(511)은 특정 방향(581)(예를 들어, 도 5에서 반시계 방향(581))으로 회전하는 연속 회전 거울일 수 있다. 회전 거울(511)은 LIDAR 시스템 또는 장치의 환경에서 송신 빔(510)을 타겟(513)으로 향하게 하도록 구성된다. 회전 거울(511)은 또한 수신 경로(514)에서 리턴 빔을 하나 이상의 코히런트 픽셀(502)로 향하게 하도록 구성된다.In the illustrated implementation, this circularly polarized transmit beam 510 is reflected at a rotating mirror 511 . Rotating mirror 511 may be a continuously rotating mirror that rotates in a specific direction 581 (e.g., counterclockwise 581 in FIG. 5). Rotating mirror 511 is configured to direct transmit beam 510 to target 513 in the context of a LIDAR system or device. Rotating mirror 511 is also configured to direct the return beam in receive path 514 to one or more coherent pixels 502 .
환경에서 타겟에 부딪친 후, 송신 빔은 도 5의 수신 경로(514)에 도시된 바와 같이, 리턴 빔(516)으로서 되돌아온다. 즉, 리턴 빔(516)은 타겟(513)에서 반사/산란하는 송신 빔(512)이다. 따라서 리턴 빔(516)은 송신 빔(512)과 동일한 파장을 가질 수 있다.After hitting a target in the environment, the transmit beam returns as a return beam 516, as shown in receive path 514 in Figure 5. That is, the return beam 516 is a transmission beam 512 that is reflected/scattered from the target 513. Therefore, the return beam 516 may have the same wavelength as the transmission beam 512.
타겟(513)에서 반사/산란하는 리턴 빔(516)은 회전 거울(511)로 다시 전파된다. 광이 타겟(513)으로 전파되고 다시 되돌아오는 데 걸리는 시간 동안 회전 거울(511)은 방향(581)으로 약간 회전한다. 그 결과, 리턴 빔(516)의 광은 리턴 빔(518)에 의해 도시된 바와 같이, 송신 경로(501)를 따라 전파되는 광에 대해 작은 각도(반사 각도 차이(593))로 회전 거울(511)에서 반사된다. 리턴 빔(518)은 코히런트 픽셀(502)과 회전 거울(511) 사이에 배치된 빔 변위 장치(533)로 전파된다. 빔 변위 장치(533)는 회전 거울(511)에서 반사되는 송신 빔(510)과 리턴 빔(518) 사이의 반사 각도 차이(593)를 보상하기 위해 리턴 빔에 변위 D2(595)를 도입하도록 구성된다.The return beam 516 reflected/scattered from the target 513 propagates back to the rotating mirror 511. During the time it takes for light to propagate to target 513 and back again, rotating mirror 511 rotates slightly in direction 581. As a result, the light in the return beam 516 rotates mirror 511 at a small angle (reflection angle difference 593) with respect to the light propagating along the transmission path 501, as shown by the return beam 518. ) is reflected from The return beam 518 propagates to a beam displacement device 533 disposed between the coherent pixel 502 and the rotating mirror 511. The beam displacement device 533 is configured to introduce a displacement D2 595 into the return beam to compensate for the reflection angle difference 593 between the transmission beam 510 and the return beam 518 reflected from the rotating mirror 511. do.
리턴 빔(518)은 1/4 파장판(509)을 다시 통과한다. 타겟 표면이 입사 편광을 유지한다면, 1/4 파장판(509)을 빠져나가는 리턴 빔은 송신 방향으로 렌즈를 떠나는 편광에 수직인 선형 편광을 초래할 것이다. 타겟이 편광을 랜덤화하면, 1/4 파장판(509)을 빠져나가는 리턴 빔의 편광은 송신 편광 및 수직 편광 모두를 포함한다. 이 광은 렌즈(508)를 다시 통과한다. 거울 각도의 작은 변화(반사 각도 차이(593))로 인해 리턴 빔은 작은 각도로 렌즈(508)에 들어가며, 이는 송신 경로(501)에 대해 렌즈(508) 아래의 리턴 빔(521) 위치에서 작은 오프셋, 또는 "빔 워크오프"(522)로 변환된다. 이 리턴 빔의 편광 배향(523)의 컴포넌트는 빔 변위 엘리먼트(506)의 광축 상으로 0이 아닌 투영을 가질 것이다. 이것은 빔 변위 엘리먼트(506)를 통해 전파될 때, 리턴 빔을 고정된 변위 양(595)만큼 변위되게 한다. 빔 변위 엘리먼트(506) 파라미터(예를 들어, 재료, 두께, 광축 배향)는 지정된 거리에서 타겟에 대한 빔 워크오프를 제거(또는 적어도 조정)하는 변위 치수(displacement dimension) D2(595)를 생성(yield)하도록 선택될 수 있다. 즉, 빔 변위 엘리먼트(506)는 회전 거울(511)에서 반사되는 송신 빔(510)과 리턴 빔(518) 사이의 반사 각도 차이(593)를 보상하도록 구성될 수 있다.Return beam 518 passes again through quarter wave plate 509. If the target surface maintains the incident polarization, the return beam exiting the quarter wave plate 509 will result in a linear polarization perpendicular to the polarization leaving the lens in the transmission direction. If the target randomizes the polarization, the polarization of the return beam exiting the quarter wave plate 509 includes both the transmit polarization and the vertical polarization. This light passes through lens 508 again. Small changes in mirror angle (reflection angle difference 593) cause the return beam to enter lens 508 at a small angle, which causes a small change in the return beam 521 location below lens 508 with respect to transmission path 501. This is converted to an offset, or “beam walkoff” (522). Components of the polarization orientation 523 of this return beam will have a non-zero projection onto the optical axis of the beam displacement element 506. This causes the return beam to be displaced by a fixed displacement amount 595 as it propagates through the beam displacement element 506. Beam displacement element 506 parameters (e.g., material, thickness, optical axis orientation) create a displacement dimension D2 595 that eliminates (or at least adjusts) beam walkoff to the target at a specified distance ( yield). That is, the beam displacement element 506 may be configured to compensate for the reflection angle difference 593 between the transmission beam 510 and the return beam 518 reflected from the rotating mirror 511.
일부 구현에서, 빔 변위 엘리먼트(506)는 복굴절 재료를 포함한다. 일부 구현에서, 복굴절 재료는 LiNO3(Lithium Nitrate)일 수 있다. 일부 구현예에서, 복굴절 재료은 YVO4(Yttrium Orthovanadate)일 수 있다. 일부 구현에서, 빔 변위 엘리먼트(506)는 복굴절 재료를 포함하지 않는다. 도 5에서, 송신 빔(505)은 송신 빔(505)이 빔 변위 엘리먼트(506)를 만날 때 제1 편광 배향을 가지고, 리턴 빔(523)은 송신 빔(505)의 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 가진다. 빔 변위 엘리먼트(506)의 복굴절 재료는 제1 편광 배향이 아닌 제2 편광 배향으로 변위 치수 D2(595)를 도입하도록 선택/구성될 수 있다.In some implementations, beam displacement element 506 includes a birefringent material. In some implementations, the birefringent material can be Lithium Nitrate (LiNO 3 ). In some embodiments, the birefringent material can be YVO 4 (Yttrium Orthovanadate). In some implementations, beam displacement element 506 does not include birefringent material. 5, transmit beam 505 has a first polarization orientation when transmit beam 505 encounters beam displacement element 506, and return beam 523 is orthogonal to the first polarization orientation of transmit beam 505. It has a second polarization orientation. The birefringent material of the beam displacement element 506 may be selected/configured to introduce a displacement dimension D2 595 in a second polarization orientation rather than the first polarization orientation.
빔 변위 엘리먼트(506)를 통과한 후, 리턴 빔(525)은 이제 송신 빔과 동일한 축을 따라 전파되지만 송신 빔(505)의 송신 편광에 대해 수직 편광을 가진다. 리턴 빔(525)은 송신 빔(527)에 직교하는 평광 배향을 가지는 리턴 빔(527)을 생성하기 위해 원하는 양만큼 편광을 회전하는 선택적인 빔 회전기(504)(코히런트 픽셀(502)과 빔 변위 엘리먼트(506) 사이에 배치됨)를 통해 전파된다. 편광-다이버스 코히런트 픽셀(502)은 리턴 빔(527)을 수신하도록 구성된다.After passing beam displacement element 506, return beam 525 now propagates along the same axis as the transmit beam but has a polarization perpendicular to the transmit polarization of transmit beam 505. Return beam 525 is provided with an optional beam rotator 504 (coherent pixel 502 and beam disposed between displacement elements 506). Polarization-diverse coherent pixel 502 is configured to receive return beam 527.
도 6은 본 개시의 구현에 따라, 예시적인 빔 변위 장치(633)를 도시한다. 예시적인 빔 변위 장치(633)는 예를 들어 편광-다이버스 코히런트 픽셀(212)과 함께 사용될 수 있다. 도 5의 컴포넌트는 리턴 빔이 송신 빔이 방출되는 칩의 부분과 다른 부분에 충돌하도록 워크오프보다 더 큰 빔 오프셋을 생성하기 위해 수정될 수 있다. 이는 도 2 및 도 3와 관련하여 설명한 바와 같이, 상이한 코히런트 픽셀 아키텍처가 사용될 수 있게 한다. 도 6은 FMCW LIDAR에서 비동축 송신기 및 수신기를 구현하고 빔 워크오프를 보정하기 위한 빔 변위 장치의 동작을 도시한다. 빔 변위 장치(633)의 동작은 송신 경로(601) 및 수신 경로(614)에 대해 설명될 수 있다.6 shows an example beam displacement device 633, in accordance with implementations of the present disclosure. The exemplary beam displacement device 633 may be used with a polarization-diverse coherent pixel 212, for example. The components of Figure 5 can be modified to create a beam offset greater than the walkoff such that the return beam strikes a different part of the chip than the transmit beam is emitted. This allows different coherent pixel architectures to be used, as described in relation to FIGS. 2 and 3. Figure 6 illustrates the operation of a beam displacement device for implementing non-coaxial transmitters and receivers in an FMCW LIDAR and correcting beam walkoff. The operation of the beam displacement device 633 can be described in terms of a transmit path 601 and a receive path 614.
송신 경로(601)에서, 송신기(602)는 특정 편광을 가지는 송신 빔(603)을 방출한다. 송신 빔(603)은 적외선일 수 있다. 일부 구현에서, 송신 빔(603)은 근적외선이다. 도 6의 예시에서, 송신 빔(603)의 송신 편광은 45도이지만, 이 초기 편광은 상이한 구현에서 상이할 수 있다. 송신 빔(603)은 빔 변위 엘리먼트(606)의 광축에 수직이 되도록 송신 빔(605)으로 묘사된 송신 편광을 회전시키는 선택적인 빔 회전기(604)를 통해 전파한다. 선택적인 빔 회전기(604)는 반파장판 또는 기타 이방성 결정을 사용하여 구현될 수 있다. 도 6에서, 빔 변위 엘리먼트(606)는 송신기(602)와 회전 거울(611) 사이에 배치된다.In transmit path 601, transmitter 602 emits a transmit beam 603 with a specific polarization. Transmit beam 603 may be infrared. In some implementations, transmit beam 603 is near infrared. In the example of Figure 6, the transmit polarization of transmit beam 603 is 45 degrees, but this initial polarization may be different in different implementations. Transmit beam 603 propagates through an optional beam rotator 604 that rotates the transmit polarization, depicted as transmit beam 605, to be perpendicular to the optical axis of beam displacement element 606. The optional beam rotator 604 may be implemented using a half-wave plate or other anisotropic crystal. In Figure 6, beam displacement element 606 is disposed between transmitter 602 and rotating mirror 611.
빔 변위 엘리먼트(606)를 통해 전파된 후, 송신 빔(607)은 원래 축을 따라 전파되고 그 편광은 변경되지 않는다(송신 빔(605)의 예시와 비교할 때). 도 6에서, 송신 빔(607)은 빔 변위 엘리먼트(606)와 회전 거울(611) 사이에 배치된 렌즈(608)에 들어간다. 렌즈(608)는 광을 콜리메이트하고 원하는 방향으로 조종할 수 있다. 렌즈(608)는 하나 이상의 벌크 광학 렌즈 엘리먼트, 마이크로 렌즈 또는 얇은 회절 격자를 사용하여 구현될 수 있다. 렌즈(608)를 통해 전파된 후, 광은 빔 변위 엘리먼트(606)와 회전 거울(611) 사이에 배치된 선택적인 파장판(609)을 통해 전파될 수 있다. 파장판(609)은 입사광의 편광축을 45도 이동시키도록 구성된 1/4 파장판일 수 있다. 따라서, 입사 선형 편광된 광은 파장판(609)에 의해 원형 편광된 광으로 변환될 수 있다. 마찬가지로, 입사 원형 편광된 광은 파장판(609)에 의해 선형 편광된 광으로 변환될 수 있다. 파장판(609)은 예를 들어, 석영, 유기 재료 시트, 또는 액정과 같은 복굴절 재료로 만들어질 수 있다.After propagating through beam displacement element 606, transmit beam 607 propagates along its original axis and its polarization is unchanged (compared to the example of transmit beam 605). In Figure 6, transmit beam 607 enters lens 608 disposed between beam displacement element 606 and rotating mirror 611. Lens 608 can collimate light and steer it in a desired direction. Lens 608 may be implemented using one or more bulk optical lens elements, micro lenses, or thin diffraction gratings. After propagating through lens 608, the light may propagate through optional wave plate 609 disposed between beam displacement element 606 and rotating mirror 611. The wave plate 609 may be a quarter wave plate configured to shift the polarization axis of incident light by 45 degrees. Accordingly, incident linearly polarized light can be converted to circularly polarized light by the wave plate 609. Likewise, incident circularly polarized light can be converted to linearly polarized light by wave plate 609. Waveplate 609 may be made of a birefringent material, such as quartz, a sheet of organic material, or liquid crystal, for example.
예시된 구현에서, 이 원형 편광된 송신 빔(610)은 회전 거울(611)에서 반사된다. 회전 거울(611)은 특정 방향(681)(예를 들어, 도 6에서 반시계 방향(681))으로 회전하는 연속 회전 거울 거울일 수 있다. 회전 거울(611)은 LIDAR 시스템 또는 장치의 환경에서 송신 빔(610)을 타겟(613)으로 향하게 하도록 구성된다. 회전 거울(611)은 또한 수신 경로(614)에서 리턴 빔을 하나 이상의 수신 픽셀(628)로 향하게 하도록 구성된다.In the illustrated implementation, this circularly polarized transmit beam 610 is reflected at a rotating mirror 611. Rotating mirror 611 may be a continuously rotating mirror that rotates in a specific direction 681 (e.g., counterclockwise 681 in FIG. 6). Rotating mirror 611 is configured to direct transmit beam 610 to target 613 in the context of a LIDAR system or device. Rotating mirror 611 is also configured to direct the return beam in receive path 614 to one or more receive pixels 628 .
환경에서 타겟에 부딪친 후, 송신 빔은 도 6의 수신 경로(614)에 도시된 바와 같이, 리턴 빔(616)으로서 되돌아온다. 즉, 리턴 빔(616)은 타겟(613)에서 반사/산란하는 송신 빔(612)이다. 따라서 리턴 빔(616)은 송신 빔(612)과 동일한 파장을 가질 수 있다.After hitting a target in the environment, the transmit beam returns as a return beam 616, as shown in receive path 614 in Figure 6. That is, the return beam 616 is a transmission beam 612 that is reflected/scattered from the target 613. Therefore, the return beam 616 may have the same wavelength as the transmission beam 612.
타겟(613)에서 반사/산란하는 리턴 빔(616)은 회전 거울(611)로 다시 전파된다. 광이 타겟(613)으로 전파되고 다시 되돌아오는 데 걸리는 시간 동안 회전 거울(611)은 방향(681)으로 약간 회전한다. 그 결과, 리턴 빔(616)의 광은 리턴 빔(618)에 의해 도시된 바와 같이, 송신 경로(601)를 따라 전파되는 광에 대해 작은 각도(반사 각도 차이(693))로 회전 거울(611)에서 반사된다. 리턴 빔(618)은 수신 픽셀(628)과 회전 거울(611) 사이에 배치된 빔 변위 장치(633)로 전파된다. 빔 변위 장치(633)는 송신기(602)와 수신 픽셀(628) 사이의 간격(691)을 보상하기 위해 리턴 빔에 변위 D2(695)를 도입하도록 구성된다. 도 6에서, 빔 변위 장치(633)는 또한 회전 거울(611)에서 반사되는 송신 빔(610)과 리턴 빔(618) 사이의 반사 각도 차이(693)를 보상하도록 구성된다.The return beam 616 reflected/scattered from the target 613 propagates back to the rotating mirror 611. During the time it takes for light to propagate to target 613 and back, rotating mirror 611 rotates slightly in direction 681. As a result, the light in the return beam 616 rotates mirror 611 at a small angle (reflection angle difference 693) with respect to the light propagating along the transmission path 601, as shown by the return beam 618. ) is reflected from The return beam 618 propagates to a beam displacement device 633 disposed between the receiving pixel 628 and the rotating mirror 611. The beam displacement device 633 is configured to introduce a displacement D2 695 in the return beam to compensate for the spacing 691 between the transmitter 602 and the receiving pixel 628. In Figure 6, the beam displacement device 633 is also configured to compensate for the reflection angle difference 693 between the transmit beam 610 and the return beam 618 reflected from the rotating mirror 611.
이 광은 1/4 파장판(609)을 다시 통과한다. 타겟 표면이 입사 편광을 유지한다면, 1/4 파장판(609)을 빠져나가는 리턴 빔은 송신 방향으로 렌즈를 떠나는 편광에 수직인 선형 편광을 초래할 것이다. 타겟이 편광을 랜덤화하면, 1/4 파장판(609)을 빠져나가는 리턴 빔의 편광은 송신 편광 및 수직 편광 모두를 포함한다. 이 광은 렌즈(608)를 다시 통과한다. 거울 각도의 작은 변화(반사 각도 차이(693))로 인해 리턴 빔은 작은 각도로 렌즈(608)에 들어가며, 이는 송신 경로에 대해 렌즈 아래의 리턴 빔(621) 위치에서 작은 오프셋, 또는 "빔 워크오프"(622)로 변환된다. 이 리턴 빔의 편광 배향(623)의 컴포넌트는 빔 변위 엘리먼트(606)의 광축 상으로 0이 아닌 투영을 가질 것이다. 이로 인해 빔 변위 엘리먼트(606)를 통해 전파될 때 리턴 빔이 고정된 변위량(695)만큼 변위된다. 빔 변위 엘리먼트(606) 파라미터(예를 들어, 재료, 두께, 광축 배향)는 지정된 거리에서 타겟에 대한 빔 워크오프를 제거(또는 적어도 조정)하는 변위 치수 D2(695)를 생성하도록 선택될 수 있다. 즉, 빔 변위 엘리먼트(606)는 거울에서 반사되는 송신 빔(610)과 리턴 빔(618) 사이의 반사 각도 차이(693)를 보상하도록 구성될 수 있다. 또한, 빔 변위 엘리먼트(606)는 또한 송신기(602)와 수신 픽셀(628) 사이의 간격(691)을 보상하는 변위 치수 D2(695)를 생성하도록 구성될 수 있다.This light passes through the quarter wave plate 609 again. If the target surface maintains the incident polarization, the return beam exiting the quarter wave plate 609 will result in a linear polarization perpendicular to the polarization leaving the lens in the transmission direction. If the target randomizes the polarization, the polarization of the return beam exiting the quarter wave plate 609 includes both the transmit polarization and the vertical polarization. This light passes through lens 608 again. A small change in mirror angle (reflection angle difference 693) causes the return beam to enter the lens 608 at a small angle, which results in a small offset in the position of the return beam 621 below the lens with respect to the transmission path, or "beam walk." It is converted to “off” (622). Components of the polarization orientation 623 of this return beam will have a non-zero projection onto the optical axis of the beam displacement element 606. This causes the return beam to be displaced by a fixed displacement amount 695 as it propagates through the beam displacement element 606. Beam displacement element 606 parameters (e.g., material, thickness, optical axis orientation) may be selected to produce a displacement dimension D2 695 that eliminates (or at least adjusts) beam walkoff to the target at a specified distance. . That is, the beam displacement element 606 may be configured to compensate for the reflection angle difference 693 between the transmission beam 610 and the return beam 618 reflected from the mirror. Additionally, the beam displacement element 606 may also be configured to produce a displacement dimension D2 695 that compensates for the spacing 691 between the transmitter 602 and the receiving pixel 628.
일부 구현에서, 빔 변위 엘리먼트(606)는 복굴절 재료를 포함한다. 일부 구현에서, 복굴절 재료는 LiNO3(Lithium Nitrate)일 수 있다. 일부 구현에서, 복굴절 물질은 YVO4(Yttrium Orthovanadate)일 수 있다. 일부 구현에서, 빔 변위 엘리먼트(606)는 복굴절 재료를 포함하지 않는다. 도 6에서, 송신 빔(605)은 송신 빔(605)이 빔 변위 엘리먼트(606)를 만날 때 제1 편광 배향을 가지고, 리턴 빔(623)은 송신 빔(605)의 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 가진다. 빔 변위 엘리먼트(606)의 복굴절 재료는 제1 편광 배향이 아닌 제2 편광 배향으로 변위 치수 D2(695)를 도입하도록 선택/구성될 수 있다.In some implementations, beam displacement element 606 includes a birefringent material. In some implementations, the birefringent material can be Lithium Nitrate (LiNO 3 ). In some implementations, the birefringent material can be YVO 4 (Yttrium Orthovanadate). In some implementations, beam displacement element 606 does not include birefringent material. 6, transmit beam 605 has a first polarization orientation when transmit beam 605 encounters beam displacement element 606, and return beam 623 is orthogonal to the first polarization orientation of transmit beam 605. It has a second polarization orientation. The birefringent material of the beam displacement element 606 may be selected/configured to introduce a displacement dimension D2 695 in a second polarization orientation rather than the first polarization orientation.
일부 구현에서, 빔 변위 엘리먼트(606)를 통과한 후, 리턴 빔(625)은 이제 송신 빔과 동일한 축을 따라 전파되지만 송신 빔(605)의 송신 편광에 대해 수직 편광을 가진다. 일부 구현에서, 리턴 빔(625)는 송신 빔의 축과 상이한 축을 따라 전파된다. 리턴 빔(625)은 송신 빔(603)에 직교하는 편광 배향을 가지는 리턴 빔(627)을 생성하기 위해 원하는 양만큼 편광을 회전하는 선택적인 빔 회전기(604)(송신기(602)와 빔 디스플레이서 엘리머트(606) 사이에 배치됨)를 통해 전파된다. 수신 픽셀(628)은 리턴 빔(627)을 수신하도록 구성된다.In some implementations, after passing beam displacement element 606, return beam 625 now propagates along the same axis as the transmit beam but has a polarization perpendicular to the transmit polarization of transmit beam 605. In some implementations, the return beam 625 propagates along a different axis than the axis of the transmit beam. The return beam 625 has an optional beam rotator 604 (transmitter 602 and beam displacer) that rotates the polarization by a desired amount to produce a return beam 627 with a polarization orientation orthogonal to the transmit beam 603. It is propagated through elements (placed between elements 606). Receive pixel 628 is configured to receive return beam 627.
도 7은 본 개시의 구현에 따라, 스위처블 빔 회전기(704)를 포함하는 예시적인 빔 변위 장치(733)를 도시한다. 스위처블 빔 회전기(704)는 전기 신호(705)에 응답하여 빔 변위 방향을 변경하도록 구성된다. 스위처블 빔 회전기(704)는 액정을 포함하는 스위처블 반파장판일 수 있다.7 illustrates an example beam displacement device 733 including a switchable beam rotator 704, according to implementations of the present disclosure. Switchable beam rotator 704 is configured to change the direction of beam displacement in response to electrical signal 705. The switchable beam rotator 704 may be a switchable half-wave plate containing liquid crystal.
도 7은 스위처블 빔 회전기(704)가 전기 신호(705)를 사용하여 제어될 수 있다는 점을 제외한 빔 변위 장치(533)의 변형을 도시한다. 스위처블 빔 회전기(704)는 회전 거울이 제1 방향(예를 들어 방향(781))으로 회전할 때 제1 지연 값(예를 들어, 0도)으로 구동되고, 회전 거울이 제2 반대 방향(예를 들어 방향(782))으로 회전할 때 제2 지연 값(예를 들어, 90도)으로 구동될 수 있다. 따라서 송신 빔(706)의 편광 배향은 동적으로 90도 변경되어 빔이 다른 방향으로 변위되도록 할 수 있다. 이것은 회전 거울(712)이 정상 작동(워크오프 방향을 반대로 함) 동안 시계 방향(예를 들어 방향(782)) 및 반시계 방향(예를 들어 방향(781)) 모두에서 회전하는 경우에 유용하다.7 shows a variation of the beam displacement device 533 except that the switchable beam rotator 704 can be controlled using an electrical signal 705. Switchable beam rotator 704 is driven to a first retardation value (e.g., 0 degrees) when the rotating mirror rotates in a first direction (e.g., direction 781) and the rotating mirror rotates in a second opposite direction. It may be driven to a second delay value (e.g., 90 degrees) when rotating (e.g., direction 782). Accordingly, the polarization orientation of the transmit beam 706 can be dynamically changed by 90 degrees to cause the beam to be displaced in a different direction. This is useful if the rotating mirror 712 rotates both clockwise (e.g. direction 782) and counterclockwise (e.g. direction 781) during normal operation (reverse walk-off direction). .
도 8a는 본 개시의 양상에 따라, 도 1 내지 도 7의 LIDAR 디자인을 포함할 수 있는 예시적인 자율 차량(800)을 도시한다. 예시된 자율 차량(800)은 자율 차량(800)의 작동을 제어할 목적으로 자율 차량의 외부 환경의 하나 이상의 물체를 캡처하고 캡처된 하나 이상의 물체와 관련된 센서 데이터를 생성하도록 구성된 센서 어레이를 포함한다. 도 8a는 센서(833A, 833B, 833C, 833D 및 833E)를 도시한다. 도 8b는 센서(833A, 833B, 833C, 833D 및 833E)에 더하여 센서(833F, 833G, 833H 및 833I)를 포함하는 자율 차량(800)의 평면도를 도시한다. 임의의 센서(833A, 833B, 833C, 833D, 833E, 833F, 833G, 833H 및/또는 833I)는 도 1 내지 도 7의 설계를 포함하는 LIDAR 장치를 포함할 수 있다. 도 8c는 자율 차량(800)을 위한 예시적인 시스템(899)의 블록도를 도시한다. 예를 들어, 자율 차량(800)은 에너지원(806)에 의해 전력을 공급받고 드라이브트레인(808)에 전력을 제공할 수 있는 원동기(804)를 포함하는 파워트레인(802)을 포함할 수 있다. 자율 차량(800)은 방향 제어(812), 파워트레인 제어(814) 및 브레이크 제어(816)를 포함하는 제어 시스템(810)을 더 포함할 수 있다. 자율 차량(800)은 사람 및/또는 화물을 수송할 수 있고 서로 다른 다양한 환경에서 주행할 수 있는 차량을 포함하는, 많은 상이한 차량으로 구현될 수 있다. 전술한 컴포넌트(802-816)는 이러한 컴포넌트가 활용되는 차량의 유형에 따라 광범위하게 변할 수 있음을 이해할 것이다.FIG. 8A illustrates an example autonomous vehicle 800 that may include the LIDAR design of FIGS. 1-7 , in accordance with aspects of the present disclosure. The illustrated autonomous vehicle 800 includes a sensor array configured to capture one or more objects in the external environment of the autonomous vehicle and generate sensor data related to the one or more captured objects for the purpose of controlling the operation of the autonomous vehicle 800. . Figure 8A shows sensors 833A, 833B, 833C, 833D, and 833E. FIG. 8B shows a top view of autonomous vehicle 800 including sensors 833F, 833G, 833H, and 833I in addition to sensors 833A, 833B, 833C, 833D, and 833E. Any of the sensors 833A, 833B, 833C, 833D, 833E, 833F, 833G, 833H and/or 833I may include a LIDAR device comprising the designs of FIGS. 1-7. FIG. 8C shows a block diagram of an example system 899 for autonomous vehicle 800. For example, autonomous vehicle 800 may include a powertrain 802 that includes a prime mover 804 that is powered by an energy source 806 and can provide power to a drivetrain 808. . Autonomous vehicle 800 may further include a control system 810 including direction control 812, powertrain control 814, and brake control 816. Autonomous vehicle 800 may be implemented as many different vehicles, including vehicles capable of transporting people and/or cargo and operating in a variety of different environments. It will be appreciated that the components 802-816 described above may vary widely depending on the type of vehicle in which they are utilized.
예를 들어, 이하에서 논의되는 구현은 자동차, 밴, 트럭 또는 버스와 같은 바퀴 달린 육상 차량에 초점을 맞출 것이다. 이러한 구현에서, 원동기(804)는 (그 중에서도) 하나 이상의 전기 모터 및/또는 내연 기관을 포함할 수 있다. 에너지원은 예를 들어 연료 시스템(예를 들어, 가솔린, 디젤, 수소를 제공), 배터리 시스템, 태양광 패널 또는 기타 재생 에너지원 및/또는 연료전지 시스템을 포함할 수 있다. 드라이브트레인(808)은 원동기(804)의 출력을 차량 운동으로 변환하기에 적합한 트랜스미션 및/또는 임의의 다른 기계 구동 컴포넌트와 함께 휠 및/또는 타이어를 포함할 수 있을 뿐만 아니라 자율 차량(800)을 제어 가능하게 정지시키거나 감속시키도록 구성된 하나 이상의 브레이크 및 자율 차량(800)의 궤적을 제어하기에 적합한 방향 또는 조향 컴포넌트(예를 들어, 자율 차량(800)의 하나 이상의 휠이 차량의 종축에 대한 휠의 회전 평면의 각도를 변경하기 위해 일반적으로 수직 축을 중심으로 선회할 수 있게 하는 랙 및 피니언 조향 연결 장치)를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 파워트레인과 에너지원의 조합이 사용될 수 있다(예를 들어, 전기/가스 하이브리드 차량의 경우). 일부 구현에서, 복수의 전기 모터(예를 들어, 개별 바퀴 또는 차축 전용)가 원동기로 사용될 수 있다.For example, the implementation discussed below will focus on wheeled land vehicles such as cars, vans, trucks, or buses. In this implementation, prime mover 804 may include (among others) one or more electric motors and/or internal combustion engines. Energy sources may include, for example, fuel systems (e.g., providing gasoline, diesel, hydrogen), battery systems, solar panels or other renewable energy sources, and/or fuel cell systems. Drivetrain 808 may include wheels and/or tires along with a transmission and/or any other mechanical drive components suitable to convert the output of prime mover 804 into vehicle motion, as well as drive autonomous vehicle 800. One or more brakes configured to controllably stop or decelerate and a directional or steering component suitable to control the trajectory of autonomous vehicle 800 (e.g., one or more wheels of autonomous vehicle 800 relative to the vehicle's longitudinal axis). A rack and pinion steering linkage that allows the wheel to pivot, usually about a vertical axis, to change the angle of the plane of rotation of the wheel. In some implementations, a combination of powertrains and energy sources may be used (e.g., for electric/gas hybrid vehicles). In some implementations, multiple electric motors (eg, dedicated to individual wheels or axles) may be used as prime movers.
방향 제어(812)는 자율 차량(800)이 원하는 궤적을 따를 수 있도록 방향 또는 조향 컴포넌트로부터 피드백을 제어하고 수신하기 위한 하나 이상의 액추에이터 및/또는 센서를 포함할 수 있다. 파워트레인 제어(814)는 파워트레인(802)의 출력을 제어하도록 구성될 수 있는데, 예를 들어 원동기(804)의 출력 전력을 제어하고 드라이브트레인(808)의 변속기 기어를 제어함으로써 자율 차량(800)의 속도 및/또는 방향을 제어할 수 있다. 브레이크 제어(816)는 자율 차량(800)을 감속시키거나 정지시키는 하나 이상의 브레이크, 예를 들어 차량의 휠에 결합된 디스크 또는 드럼 브레이크를 제어하도록 구성될 수 있다.Direction control 812 may include one or more actuators and/or sensors to control and receive feedback from direction or steering components to enable autonomous vehicle 800 to follow a desired trajectory. Powertrain control 814 may be configured to control the output of powertrain 802, for example, by controlling the output power of prime mover 804 and controlling the transmission gears of drivetrain 808 to drive autonomous vehicle 800. ) can control the speed and/or direction. Brake control 816 may be configured to control one or more brakes that slow or stop autonomous vehicle 800, such as disk or drum brakes coupled to the wheels of the vehicle.
오프로드 차량, 올-터레인(all-terrain) 또는 트랙 차량, 또는 건설 장비를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 차량 유형은 필연적으로, 본 개시의 이점을 가지는 통상의 기술자라면 이해할 다른 파워트레인, 드라이브트레인, 에너지원, 방향 제어, 파워트레인 제어 및 브레이크 제어를 활용할 것이다. 또한, 일부 구현에서 일부 컴포넌트는 결합될 수 있는데, 예를 들어 차량의 방향 제어는 주로 하나 이상의 원동기의 출력을 변경하여 처리될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 구현은 바퀴 달린 육상 자율 차량에서 본 명세서에 기술된 기술의 특정 적용에 제한되지 않는다.Other vehicle types, including but not limited to off-road vehicles, all-terrain or track vehicles, or construction equipment, will inevitably have other powertrains, drives, etc., as will be understood by those skilled in the art having the benefit of the present disclosure. It will utilize train, energy source, direction control, powertrain control and brake control. Additionally, in some implementations some components may be combined, for example directional control of a vehicle may be handled primarily by changing the output of one or more prime movers. Accordingly, the implementations disclosed herein are not limited to the specific application of the technology described herein in wheeled autonomous land vehicles.
도시된 구현에서, 자율 차량(800)에 대한 자율 제어는 차량 제어 시스템(820)에서 구현되며, 이는 프로세싱 로직(822) 내의 하나 이상의 프로세서 및 하나 이상의 메모리(824)를 포함할 수 있으며, 프로세싱 로직(822)은 메모리(824)에 저장된 프로그램 코드(예를 들어, 명령(826))를 실행하도록 구성된다. 프로세싱 로직(822)은 예를 들어 그래픽 처리 장치(GPU) 및/또는 중앙 처리 장치(CPU)를 포함할 수 있다. 차량 제어 시스템(820)은 리턴 빔에 응답하여 또는 신호(319 또는 320)에 응답하여 자율 차량(800)의 파워트레인(802)을 제어하도록 구성될 수 있다. 차량 제어 시스템(820)은 복수의 LIDAR 픽셀로부터의 출력에 응답하여 자율 차량(800)의 파워트레인(802)을 제어하도록 구성될 수 있다.In the depicted implementation, autonomous control for autonomous vehicle 800 is implemented in vehicle control system 820, which may include one or more processors and one or more memories 824 within processing logic 822, 822 is configured to execute program code (e.g., instructions 826) stored in memory 824. Processing logic 822 may include, for example, a graphics processing unit (GPU) and/or a central processing unit (CPU). Vehicle control system 820 may be configured to control powertrain 802 of autonomous vehicle 800 in response to a return beam or in response to signals 319 or 320. Vehicle control system 820 may be configured to control powertrain 802 of autonomous vehicle 800 in response to output from a plurality of LIDAR pixels.
센서(833A-833I)는 자율 차량의 작동을 제어하는데 사용하기 위해 자율 차량의 주변 환경으로부터 데이터를 수집하기에 적합한 다양한 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(833A-833I)는 RADAR 유닛(834), LIDAR 유닛(836), 3D 포지셔닝 센서(들)(838), 예를 들어 GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo 또는 Compass와 같은 위성 항법 시스템을 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 7의 LIDAR 설계는 LIDAR 유닛(836)에 포함될 수 있다. LIDAR 유닛(836)은 예를 들어 자율 차량(800) 주위에 분산된 복수의 LIDAR 센서를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 3D 포지셔닝 센서(들)(838)는 위성 신호를 이용하여 지구상에서 차량의 위치를 결정할 수 있다. 센서(833A-833I)는 선택적으로 하나 이상의 초음파 센서, 하나 이상의 카메라(840) 및/또는 관성 측정 유닛(IMU)(842)을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 카메라(840)는 모노그래픽 또는 스테레오그래픽 카메라일 수 있고, 정지 및/또는 비디오 이미지를 기록할 수 있다. 카메라(840)는 자율 차량(800)의 외부 환경에 있는 하나 이상의 물체의 이미지를 캡처하도록 구성된 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서를 포함할 수 있다. IMU(842)는 세 방향에서 자율 차량(800)의 선형 및 회전 운동을 감지할 수 있는 다중 자이로스코프 및 가속도계를 포함할 수 있다. 휠 인코더와 같은 하나 이상의 인코더(미도시)는 자율 차량(800)의 하나 이상의 휠의 회전을 모니터링하는 데 사용될 수 있다.Sensors 833A-833I may include various sensors suitable for collecting data from the autonomous vehicle's surroundings for use in controlling the operation of the autonomous vehicle. For example, sensors 833A-833I may include a RADAR unit 834, a LIDAR unit 836, a 3D positioning sensor(s) 838, and a satellite navigation system such as GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo, or Compass. may include. The LIDAR designs of FIGS. 1-7 may be included in LIDAR unit 836. LIDAR unit 836 may include a plurality of LIDAR sensors distributed around autonomous vehicle 800, for example. In some implementations, 3D positioning sensor(s) 838 may utilize satellite signals to determine the vehicle's location on Earth. Sensors 833A-833I may optionally include one or more ultrasonic sensors, one or more cameras 840, and/or an inertial measurement unit (IMU) 842. In some implementations, camera 840 may be a monographic or stereographic camera and may record still and/or video images. Camera 840 may include a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensor configured to capture images of one or more objects in the external environment of autonomous vehicle 800. IMU 842 may include multiple gyroscopes and accelerometers capable of detecting linear and rotational motion of autonomous vehicle 800 in three directions. One or more encoders (not shown), such as wheel encoders, may be used to monitor the rotation of one or more wheels of autonomous vehicle 800.
센서(833A-833I)의 출력은 위치 파악(localization) 서브시스템(852), 궤도 서브시스템(856), 지각 서브시스템(854) 및 제어 시스템 인터페이스(858)를 포함하는 제어 서브시스템(850)에 제공될 수 있다. 위치 파악 서브시스템(852)은 주변 환경 내에서, 그리고 일반적으로 특정 지리적 영역 내에서 자율 차량(800)의 위치 및 (또한 때때로 "자세"로 지칭되는) 방향을 결정하도록 구성될 수 있다. 자율 차량의 위치는 라벨링된 자율 차량 데이터 생성의 일부로써, 동일한 환경에 있는 추가 차량의 위치와 비교될 수 있다. 지각 서브시스템(854)은 자율 차량(800)을 둘러싼 환경 내의 물체를 검출, 추적, 분류 및/또는 결정하도록 구성될 수 있다. 궤적 서브시스템(856)은 특정 시간 프레임에 걸쳐 원하는 목적지가 주어진 자율 차량(800)에 대한 궤적 뿐만 아니라, 환경 내에서 정지된 및 움직이는 물체의 궤적을 생성하도록 구성될 수 있다. 여러 구현에 따른 기계 학습 모델은 차량 궤적을 생성하는 데 활용될 수 있다. 제어 시스템 인터페이스(858)는 자율 차량(800)의 궤적을 구현하기 위해 제어 시스템(810)과 통신하도록 구성된다. 일부 구현에서, 기계 학습 모델은 계획된 궤적을 구현하기 위해 자율 차량을 제어하는 데 활용될 수 있다.The output of sensors 833A-833I is sent to control subsystem 850, which includes localization subsystem 852, orbit subsystem 856, perception subsystem 854, and control system interface 858. can be provided. Positioning subsystem 852 may be configured to determine the location and orientation (sometimes referred to as “attitude”) of autonomous vehicle 800 within its surroundings, and generally within a specific geographic area. The autonomous vehicle's location can be compared to the locations of additional vehicles in the same environment as part of generating labeled autonomous vehicle data. Perception subsystem 854 may be configured to detect, track, classify, and/or determine objects within the environment surrounding autonomous vehicle 800. Trajectory subsystem 856 may be configured to generate trajectories for stationary and moving objects within the environment, as well as trajectories for autonomous vehicle 800 given a desired destination over a specific time frame. Machine learning models in several implementations can be utilized to generate vehicle trajectories. Control system interface 858 is configured to communicate with control system 810 to implement a trajectory of autonomous vehicle 800. In some implementations, machine learning models may be utilized to control an autonomous vehicle to implement a planned trajectory.
도 8c에 도시된 차량 제어 시스템(820)에 대한 컴포넌트들의 집합은 본질적으로 단지 예시일 뿐이라는 것이 이해될 것이다. 개별 센서는 일부 구현에서 생략될 수 있다. 일부 구현에서, 도 8c에 도시된 상이한 유형의 센서가 자율 차량을 둘러싼 환경에서 중복적으로 및/또는 상이한 영역을 커버하기 위하여 사용될 수 있다. 일부 구현에서, 제어 서브시스템의 상이한 유형 및/또는 조합이 사용될 수 있다. 또한, 서브시스템(852-858)이 프로세싱 로직(822) 및 메모리(824)와 별개인 것으로 도시되어 있지만, 일부 구현에서 서브시스템(852-858)의 기능 중 일부 또는 전부는 메모리(824)에 상주하고 프로세싱 로직(822)에 의해 실행되는 명령(826)과 같은 프로그램 코드로 구현될 수 있으며, 이들 서브시스템(852-858)은 일부 경우에 동일한 프로세서(들) 및/또는 메모리를 이용하여 구현될 수 있음이 이해될 것이다. 일부 구현에서 서브시스템은 다양한 전용 회로 로직, 다양한 프로세서, 다양한 FPGA(Field Programmable Gate Array), 다양한 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), 다양한 실시간 컨트롤러 등으로 구현될 수 있으며, 위에서 언급한 것과 같이, 복수의 하위 시스템이 회로, 프로세서, 센서 및/또는 기타 컴포넌트를 활용할 수 있다. 또한, 차량 제어 시스템(820)의 다양한 컴포넌트는 다양한 방식으로 네트워크화될 수 있다.It will be appreciated that the set of components for vehicle control system 820 shown in FIG. 8C is merely illustrative in nature. Individual sensors may be omitted in some implementations. In some implementations, the different types of sensors shown in FIG. 8C may be used to cover redundant and/or different areas in the environment surrounding the autonomous vehicle. In some implementations, different types and/or combinations of control subsystems may be used. Additionally, although subsystems 852-858 are shown as separate from processing logic 822 and memory 824, in some implementations some or all of the functionality of subsystems 852-858 may reside in memory 824. May reside in and be implemented as program code, such as instructions 826, executed by processing logic 822, and these subsystems 852-858 may, in some cases, be implemented using the same processor(s) and/or memory. You will understand that it can be done. In some implementations, a subsystem may be implemented with various dedicated circuit logic, various processors, various field programmable gate arrays (FPGAs), various application-specific integrated circuits (ASICs), various real-time controllers, etc., and, as mentioned above, multiple. A subsystem may utilize circuits, processors, sensors, and/or other components. Additionally, various components of vehicle control system 820 may be networked in various ways.
일부 구현에서, 자율 차량(800)은 또한 자율 차량(800)을 위한 중복 또는 백업 제어 시스템으로 사용될 수 있는 2차 차량 제어 시스템(미도시)을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 2차 차량 제어 시스템은 특정 이벤트에 응답하여 자율 차량(800)을 작동할 수 있다. 2차 차량 제어 시스템은 1차 차량 제어 시스템(820)에서 검출된 특정 이벤트에 응답하여 제한된 기능만을 가질 수 있다. 또 다른 구현에서, 2차 차량 제어 시스템은 생략될 수 있다.In some implementations, autonomous vehicle 800 may also include a secondary vehicle control system (not shown) that may be used as a redundant or backup control system for autonomous vehicle 800. In some implementations, a secondary vehicle control system may operate autonomous vehicle 800 in response to certain events. The secondary vehicle control system may have only limited functionality in response to specific events detected by the primary vehicle control system 820. In another implementation, the secondary vehicle control system may be omitted.
일부 구현에서, 소프트웨어, 하드웨어, 회로 로직, 센서 및 네트워크의 다양한 조합을 포함하는 상이한 아키텍처가 도 8c에 도시된 다양한 컴포넌트를 구현하는 데 사용될 수 있다. 각각의 프로세서는, 예를 들어 마이크로프로세서로서 구현될 수 있고 각각의 메모리는 메인 스토리지뿐만 아니라 메모리의 임의의 보충 레벨, 예를 들어 캐시 메모리, 비휘발성 또는 백업 메모리(예를 들어, 프로그래밍 가능 또는 플래시 메모리), 또는 읽기 전용 메모리를 나타낼 수 있다. 또한, 각 메모리는 예를 들어 대용량 저장 장치 또는 다른 컴퓨터 컨트롤러에 저장된 것과 같은 가상 메모리로 사용되는 임의의 저장 용량뿐만 아니라, 자율 차량(800)의 다른 곳에 물리적으로 위치한 메모리 스토리지, 예를 들어 프로세서의 임의의 캐시 메모리를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 도 8c에 도시된 프로세싱 로직(822), 또는 완전히 별개의 프로세싱 로직은, 자율 제어의 목적 외에 자율 차량(800)에서 추가 기능을 구현하기 위해, 예를 들어 엔터테인먼트 시스템을 제어하거나, 문, 조명 또는 편의 기능을 작동하기 위해 사용될 수 있다.In some implementations, different architectures, including various combinations of software, hardware, circuit logic, sensors, and networks, may be used to implement the various components shown in FIG. 8C. Each processor may be implemented as, for example, a microprocessor and each memory may have main storage as well as any supplemental level of memory, such as cache memory, non-volatile or backup memory (e.g., programmable or flash). memory), or read-only memory. Additionally, each memory may include any storage capacity used as virtual memory, such as, for example, a mass storage device or stored in another computer controller, as well as memory storage physically located elsewhere in the autonomous vehicle 800, e.g., on a processor. It can be considered to contain arbitrary cache memory. The processing logic 822 shown in FIG. 8C, or a completely separate processing logic, may be used to implement additional functions in the autonomous vehicle 800 other than the purpose of autonomous control, such as controlling the entertainment system, doors, lighting, or It can be used to operate convenience functions.
또한, 추가적인 저장을 위해, 자율 차량(800)은 또한 하나 이상의 대용량 저장 장치, 예를 들어 이동식 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 직접 액세스 저장 장치("DASD"), 광 드라이브(예를 들어 CD 드라이브, DVD 드라이브), SSD(Solid State Storage Drive), 네트워크 연결 스토리지, 스토리지 영역 네트워크 및/또는 테이프 드라이브 등을 포함할 수 있다. 또한, 자율 차량(800)은 자율 차량(800)이 승객으로부터 복수의 입력을 수신하고 승객을 위한 출력을 생성하기 위한 사용자 인터페이스(864), 예를 들어 하나 이상의 디스플레이, 터치스크린, 음성 및/또는 제스처 인터페이스, 버튼 및 기타 촉각 컨트롤을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 승객으로부터의 입력은 다른 컴퓨터 또는 전자 장치를 통해, 예를 들어 모바일 장치의 앱을 통해 또는 웹 인터페이스를 통해 수신될 수 있다.Additionally, for additional storage, autonomous vehicle 800 may also include one or more mass storage devices, such as a removable disk drive, a hard disk drive, a direct access storage device (“DASD”), an optical drive (e.g., a CD drive, DVD drives), solid state storage drives (SSDs), network attached storage, storage area networks, and/or tape drives. Additionally, autonomous vehicle 800 may include a user interface 864 for allowing autonomous vehicle 800 to receive a plurality of inputs from a passenger and generate output for the passenger, such as one or more displays, a touchscreen, voice, and/or May include gesture interfaces, buttons, and other tactile controls. In some implementations, input from the passenger may be received through another computer or electronic device, such as through an app on a mobile device or through a web interface.
일부 구현에서, 자율 차량(800)은 하나 이상의 네트워크(870)(예를 들어, 근거리 통신망("LAN"), 광역 통신망("WAN"), 무선 네트워크 및/또는 인터넷 등)와 통신하기에 적합한 이상의 네트워크 인터페이스, 예를 들어, 네트워크 인터페이스(862)를 포함할 수 있으며, 이를 통해, 예를 들어, 자율 차량(800)이 자율 제어에 사용하기 위해 환경 및 기타 데이터를 수신하기 위한 클라우드 서비스와 같은 중앙 서비스를 포함하는 다른 컴퓨터 및 전자 장치와의 정보 통신을 허용할 수 있다. 일부 구현에서, 하나 이상의 센서(833A-833I)에 의해 수집된 데이터는 추가 처리를 위해 네트워크(870)를 통해 컴퓨팅 시스템(872)에 업로드될 수 있다. 그러한 구현에서, 타임 스탬프는 업로드 전에 차량 데이터의 각 인스턴스와 연관될 수 있다.In some implementations, autonomous vehicle 800 is suitable for communicating with one or more networks 870 (e.g., a local area network (“LAN”), a wide area network (“WAN”), a wireless network, and/or the Internet, etc. It may include one or more network interfaces, e.g., network interface 862, through which, e.g., a cloud service, such as a cloud service, for the autonomous vehicle 800 to receive environmental and other data for use in autonomous control. May allow communication of information with other computers and electronic devices, including central services. In some implementations, data collected by one or more sensors 833A-833I may be uploaded to computing system 872 via network 870 for further processing. In such an implementation, a timestamp may be associated with each instance of vehicle data prior to upload.
본 명세서에 개시된 다양한 추가 제어기 및 서브시스템 뿐만 아니라, 도 8c에 도시된 프로세싱 로직(822)은 일반적으로 운영 체제의 제어 하에 작동되고 실행되거나, 그렇지 않으면 아래에서 자세히 설명되는 다양한 컴퓨터 소프트웨어 애플리케이션, 컴포넌트, 프로그램, 객체, 모듈 또는 데이터 구조에 의존한다. 또한, 다양한 애플리케이션, 컴포넌트, 프로그램, 객체 또는 모듈은 네트워크(870)를 통해, 예를 들어 분산, 클라우드 기반 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 환경에서 자율 차량(800)에 결합된 다른 컴퓨터의 하나 이상의 프로세서에서 실행할 수도 있으며, 이로써 컴퓨터 프로그램의 기능을 구현하는 데 필요한 처리가 네트워크를 통해 복수의 컴퓨터 및/또는 서비스에 할당될 수 있다.Processing logic 822, shown in Figure 8C, as well as various additional controllers and subsystems disclosed herein, are generally operated and executed under the control of an operating system, or may otherwise be integrated with various computer software applications, components, etc., as described in detail below. Depends on a program, object, module, or data structure. Additionally, various applications, components, programs, objects, or modules may execute on one or more processors on other computers coupled to autonomous vehicle 800 over a network 870, e.g., in a distributed, cloud-based, or client-server computing environment. Alternatively, the processing required to implement the functions of the computer program may be assigned to a plurality of computers and/or services through a network.
여기에 설명된 다양한 구현을 구현하기 위해 실행되는 루틴은, 운영 체제의 일부 또는 특정 애플리케이션, 컴포넌트, 프로그램, 개체, 모듈 또는 명령 시퀀스 또는 심지어 그 하위 집합의 일부로 구현되든 간에, 여기에서 "프로그램 코드"로 지칭될 것이다. 프로그램 코드는 일반적으로 다양한 메모리 및 저장 장치에 상주하는 하나 이상의 명령을 포함하고, 하나 이상의 프로세서에 의해 판독 및 실행될 때 본 개시의 다양한 측면을 구현하는 단계 또는 요소를 실행하는 데 필요한 단계를 수행한다. 또한, 구현은 완전히 기능하는 컴퓨터 및 시스템의 맥락에서 설명되어 왔고 앞으로도 그러할 것이지만, 여기에 설명된 다양한 구현은 다양한 형태의 프로그램 제품으로서 배포될 수 있고, 구현이 실제로 배포를 수행하는 데 사용되는 특정 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체와 관계없이 구현될 수 있음이 이해될 것이다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 예로는 휘발성 및 비휘발성 메모리 장치, 플로피 및 기타 이동식 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 자기 테이프 및 광 디스크(예를 들어, CD-ROM, DVD) 등과 같은 유형의 비일시적 매체를 포함한다.The routines that are executed to implement the various implementations described herein, whether implemented as part of an operating system or as part of a particular application, component, program, object, module, or instruction sequence, or even a subset thereof, are herein referred to as "program code." It will be referred to as . Program code typically includes one or more instructions that reside in various memories and storage devices and, when read and executed by one or more processors, perform the steps necessary to execute steps or elements implementing various aspects of the present disclosure. Additionally, although implementations have been and will be described in the context of fully functioning computers and systems, various implementations described herein can be distributed as a program product in various forms, and the specific type of implementation used to actually effectuate the distribution is It will be understood that it can be implemented regardless of the computer-readable medium. Examples of computer-readable media include types of non-transitory media such as volatile and non-volatile memory devices, floppies and other removable disks, solid-state drives, hard disk drives, magnetic tapes, and optical disks (e.g., CD-ROMs, DVDs). Includes media.
또한, 이하에서 설명되는 다양한 프로그램 코드는 특정 구현에서 구현되는 애플리케이션에 기초하여 식별될 수 있다. 그러나, 다음의 임의의 특정 프로그램 명명법은 단지 편의상 사용되며, 따라서 본 개시는 그러한 명명법에 의해 식별 및/또는 암시된 임의의 특정 애플리케이션에서만 사용하는 것으로 제한되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 또한, 컴퓨터 프로그램이 루틴, 절차, 방법, 모듈, 객체 등으로 구성될 수 있는 일반적으로 무한한 수의 방식과 프로그램 기능이 통상의 컴퓨터(예를 들어, 운영 체제, 라이브러리, API, 응용 프로그램, 애플릿) 내에 상주하는 다양한 소프트웨어 계층 사이에 할당될 수 있는 다양한 방식을 고려할 때, 본 개시는 여기에 설명된 프로그램 기능의 특정 조직 및 할당에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.Additionally, various program codes described below may be identified based on the application implemented in a particular implementation. However, it should be understood that any specific program nomenclature below is used for convenience only, and thus this disclosure should not be limited to use only in any particular application identified and/or implied by such nomenclature. Additionally, there are a generally infinite number of ways and program functions in which a computer program can be organized into routines, procedures, methods, modules, objects, etc., as defined by a typical computer (e.g., operating system, library, API, application program, applet). Given the variety of ways in which they may be allocated among the various software layers residing within them, it should be understood that the present disclosure is not limited to the specific organization and allocation of program functions described herein.
본 개시의 이점을 가지는 당업자는 도 8c에 도시된 예시적인 환경이 여기에 개시된 구현을 제한하려는 의도가 아님을 인식할 것이다. 실제로, 당업자는 본 명세서에 개시된 구현의 범위를 벗어나지 않고 다른 대체 하드웨어 및/또는 소프트웨어 환경이 사용될 수 있음을 인식할 것이다.Those skilled in the art having the benefit of this disclosure will recognize that the example environment depicted in FIG. 8C is not intended to limit the implementations disclosed herein. Indeed, those skilled in the art will recognize that other alternative hardware and/or software environments may be used without departing from the scope of the implementation disclosed herein.
본 명세서에서 "프로세싱 로직"(예를 들어, 프로세싱 로직(331 또는 522))이라는 용어는 본 명세서에 개시된 동작을 실행하기 위한 하나 이상의 프로세서, 마이크로프로세서, 멀티코어 프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC), 및/또는 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGAs)를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 메모리(미도시)는 연산을 실행하고 및/또는 데이터를 저장하기 위한 명령을 저장하기 위해 프로세싱 로직에 통합된다. 프로세싱 로직은 또한 본 개시의 구현에 따른 동작을 수행하기 위한 아날로그 또는 디지털 회로를 포함할 수 있다.As used herein, the term “processing logic” (e.g., processing logic 331 or 522) refers to one or more processors, microprocessors, multicore processors, application specific integrated circuits (ASICs), or an application specific integrated circuit (ASIC) for performing the operations disclosed herein. and/or field programmable gate arrays (FPGAs). In some implementations, memory (not shown) is integrated into the processing logic to store instructions for performing operations and/or storing data. Processing logic may also include analog or digital circuitry to perform operations according to implementations of the present disclosure.
본 명세서에서 설명하는 "메모리" 또는 "메모리들"은 하나 이상의 휘발성 또는 비휘발성 메모리 아키텍처를 포함할 수 있다. "메모리" 또는 "메모리들"은 컴퓨터 판독 가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 제거 가능 및 제거 불가능 매체일 수 있다. 메모리 기술의 예에는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리, CD-ROM, DVD, 고화질 멀티미디어/데이터 저장 디스크 또는 기타 광 스토리지, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치 또는 컴퓨팅 장치에 의해 액세스될 수 있도록 정보를 저장하는 데 사용될 수 있는 기타 비전송 매체를 포함할 수 있다.“Memory” or “memories” described herein may include one or more volatile or non-volatile memory architecture. “Memory” or “memories” may be any removable or non-removable medium implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Examples of memory technologies include RAM, ROM, EEPROM, flash memory, CD-ROM, DVD, high-definition multimedia/data storage disks or other optical storage, magnetic cassettes, magnetic tape, magnetic disk storage, or memory that can be accessed by a computing device. May include other non-transmission media that may be used to store information.
네트워크는 피어-투-피어 네트워크; LAN(Local Area Network); WAN(Wide Area Network); 인터넷과 같은 공용 네트워크; 개인 네트워크; 셀룰러 네트워크; 무선 네트워크; 유선 네트워크; 무선 및 유선 조합 네트워크; 및 위성 네트워크와 같은 임의의 네트워크 또는 네트워크 시스템을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.The network is a peer-to-peer network; Local Area Network (LAN); Wide Area Network (WAN); public networks such as the Internet; private network; cellular network; wireless network; wired network; combination wireless and wired networks; and any network or network system, such as a satellite network.
통신 채널은 IEEE 802.11 프로토콜, SPI(Serial Peripheral Interface), I2C(Inter-Integrated Circuit), USB(Universal Serial Port), CAN(Controller Area Network), 셀룰러 데이터 프로토콜(예를 들어, 3G, 4G, LTE, 5G), 광통신 네트워크, 인터넷 서비스 공급자(ISPs), 피어 투 피어 네트워크, LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), 공용 네트워크(예를 들어, "인터넷"), 개인 네트워크, 위성 네트워크 또는 기타를 이용하는 하나 이상의 유선 또는 무선 통신을 포함하거나 이를 통해 라우팅될 수 있다.Communication channels include IEEE 802.11 protocol, SPI (Serial Peripheral Interface), I 2 C (Inter-Integrated Circuit), USB (Universal Serial Port), CAN (Controller Area Network), and cellular data protocols (e.g., 3G, 4G, LTE, 5G), fiber-optic networks, Internet Service Providers (ISPs), peer-to-peer networks, local area networks (LANs), wide area networks (WANs), public networks (e.g., the “Internet”), private networks, satellites It may include or be routed through one or more wired or wireless communications utilizing a network or otherwise.
컴퓨팅 장치는 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿, 패블릿, 스마트폰, 피처폰, 서버 컴퓨터 등을 포함할 수 있다. 서버 컴퓨터는 데이터 센터에 원격으로 위치하거나 로컬에 저장될 수 있다.Computing devices may include desktop computers, laptop computers, tablets, phablets, smartphones, feature phones, server computers, etc. Server computers may be located remotely in a data center or stored locally.
위에서 설명된 프로세스는 컴퓨터 소프트웨어 및 하드웨어의 관점에서 설명된다. 설명된 기술은 기계에 의해 실행될 때 기계가 설명된 작업을 수행하도록 하는 유형 또는 비일시적 기계(예를 들어, 컴퓨터) 판독 가능 저장 매체 내에 구현된 기계 실행 가능 명령을 구성할 수 있다. 부가적으로, 프로세스는 주문형 집적 회로("ASIC") 등과 같은 하드웨어 내에 구현될 수 있다.The process described above is explained in terms of computer software and hardware. The described techniques may constitute machine-executable instructions embodied in a tangible or non-transitory machine (e.g., computer) readable storage medium that, when executed by a machine, causes the machine to perform the described tasks. Additionally, the process may be implemented in hardware, such as an application-specific integrated circuit (“ASIC”).
유형의 비일시적 기계 판독 가능 저장 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨터, 네트워크 장치, PDA, 제조 도구, 하나 이상의 프로세서 세트를 가지는 임의의 장치 등)에 의해 접근 가능한 형태의 정보를 제공(예를 들어, 저장)하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 판독 가능 저장 매체는 기록 가능/기록 불가능 매체(예를 들어, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 자기 디스크 저장 매체, 광 저장 매체, 플래시 메모리 장치 등)을 포함한다.A tangible, non-transitory, machine-readable storage medium provides information in a form accessible by a machine (e.g., a computer, network device, PDA, manufacturing tool, any device with one or more processor sets, etc.) , storage) may be included. For example, machine-readable storage media refers to recordable/non-recordable media (e.g., read only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic disk storage media, optical storage media, flash memory devices, etc.). Includes.
요약서에 기술된 것을 포함하여 본 발명의 예시된 구현에 대한 상기 설명은 완전한 것으로 또는 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 특정 구현 및 예시가 예시적인 목적으로 본 명세서에 설명되어 있지만, 관련 기술 분야의 기술자가 인식하는 바와 같이 본 발명의 범위 내에서 다양한 수정이 가능하다.The above description of illustrated implementations of the invention, including that set forth in the Abstract, is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise form disclosed. Although specific implementations and examples of the invention are described herein for illustrative purposes, various modifications are possible within the scope of the invention, as those skilled in the art will recognize.
이러한 수정은 상세한 설명에 비추어 본 발명에 이루어질 수 있다. 다음 청구범위에 사용된 용어는 본 발명을 명세서에 개시된 특정 구현으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 본 발명의 범위는 다음 청구범위에 의해 전적으로 결정되어야 하며, 이는 청구범위 해석의 확립된 원칙에 따라 해석되어야 한다.Such modifications may be made to the invention in light of the detailed description. The terminology used in the following claims should not be construed as limiting the invention to the specific implementations disclosed in the specification. Rather, the scope of the invention should be determined entirely by the following claims, which should be construed in accordance with established principles of claim interpretation.
Claims (20)
제2 수신 광 커플러;
상기 제1 수신 광 커플러로부터 제1 수신 신호를 수신하도록 구성되는 제1 광 믹서;
상기 제2 수신 광 커플러로부터 제2 수신 신호를 수신하도록 구성되는 제2 광 믹서; 및
광 소자의 제1 회전 방향을 나타내는 스위칭 신호에 응답하여 상기 제1 광 믹서에 발진기 광 신호를 제공하도록 구성되고, 상기 광 소자의 제2 회전 방향을 나타내는 스위칭 신호에 응답하여 상기 제2 광 믹서에 상기 발진기 광 신호를 제공하도록 구성되는 광 스위치를 포함하고,
상기 제1 광 믹서는 상기 발진기 광 신호 및 상기 제1 수신 신호의 수신에 응답하여 제1 전기 신호를 생성하도록 구성되고,
상기 제2 광 믹서는 상기 발진기 광 신호 및 상기 제2 수신 신호의 수신에 응답하여 제2 전기 신호를 생성하도록 구성되는, LIDAR 시스템.a first receiving optocoupler;
a second receiving optocoupler;
a first optical mixer configured to receive a first receive signal from the first receive optical coupler;
a second optical mixer configured to receive a second receive signal from the second receive optical coupler; and
configured to provide an oscillator optical signal to the first optical mixer in response to a switching signal indicative of a first rotation direction of the optical element, and to the second optical mixer in response to a switching signal indicative of a second rotation direction of the optical element. an optical switch configured to provide the oscillator optical signal,
the first optical mixer is configured to generate a first electrical signal in response to receiving the oscillator optical signal and the first received signal,
The LIDAR system of claim 1, wherein the second optical mixer is configured to generate a second electrical signal in response to receiving the oscillator optical signal and the second received signal.
상기 광 소자는,
상기 광 스위치가 상기 제1 광 믹서에 상기 발진기 광 신호를 제공하기 위해 스위칭될 때 상기 제1 방향으로 회전하도록 구성되고, 상기 광 스위치가 상기 제2 광 믹서에 상기 발진기 광 신호를 제공하기 위해 스위칭될 때 상기 제2 방향으로 회전하도록 구성되는 회전 거울을 포함하고,
상기 제1 방향은 상기 제2 방향의 반대인, LIDAR 시스템.According to paragraph 1,
The optical device is,
the optical switch is configured to rotate in the first direction when switched to provide the oscillator optical signal to the first optical mixer, and the optical switch is configured to rotate in the first direction to provide the oscillator optical signal to the second optical mixer. a rotating mirror configured to rotate in the second direction when
The LIDAR system of claim 1, wherein the first direction is opposite to the second direction.
상기 광 스위치가 상기 제1 광 믹서에 상기 발진기 광 신호를 제공하기 위해 스위칭될 때 상기 제1 광 믹서로부터 제1 전기 신호를 수신하도록 구성되고, 또한 상기 광 스위치가 상기 제2 광 믹서에 상기 발진기 광 신호를 제공하기 위해 스위칭될 때 상기 제2 광 믹서로부터 제2 전기 신호를 수신하도록 구성되는 프로세싱 로직을 더 포함하는, LIDAR 시스템.According to paragraph 2,
The optical switch is configured to receive a first electrical signal from the first optical mixer when switched to provide the oscillator optical signal to the first optical mixer, and wherein the optical switch is configured to provide the oscillator optical signal to the second optical mixer. The LIDAR system further comprising processing logic configured to receive a second electrical signal from the second optical mixer when switched to provide an optical signal.
상기 회전 거울은 상기 회전 거울이 상기 제1 방향으로 회전할 때 리턴 빔을 상기 제1 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성되고,
상기 회전 거울은 상기 회전 거울이 상기 제2 방향으로 회전할 때 상기 리턴 빔을 상기 제2 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성되는, LIDAR 시스템.According to paragraph 2,
the rotating mirror is configured to direct a return beam to the first receiving optical coupler when the rotating mirror rotates in the first direction,
The LIDAR system of claim 1, wherein the rotating mirror is configured to direct the return beam to the second receiving optical coupler when the rotating mirror rotates in the second direction.
상기 제1 수신 광 커플러와 상기 제2 수신 광 커플러 사이에 배치된 송신 광 커플러를 더 포함하는, LIDAR 시스템.According to paragraph 1,
The LIDAR system further comprising a transmitting optical coupler disposed between the first receiving optical coupler and the second receiving optical coupler.
상기 제1 수신 광 커플러는 상기 송신 광 커플러에 직교하고,
상기 제2 수신 광 커플러는 상기 송신 광 커플러에 직교하는, LIDAR 시스템.According to clause 5,
the first receiving optical coupler is orthogonal to the transmitting optical coupler,
The LIDAR system of claim 1, wherein the second receiving optical coupler is orthogonal to the transmitting optical coupler.
상기 송신 광 커플러는 제1 편광 배향을 가지는 송신 빔을 방출하도록 구성되고,
상기 제1 수신 광 커플러는 상기 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 수신하도록 구성되고,
상기 제2 수신 광 커플러는 또한 상기 제2 편광 배향을 수신하도록 구성되는. LIDAR 시스템.According to clause 6,
the transmit optical coupler is configured to emit a transmit beam having a first polarization orientation,
the first receiving optical coupler is configured to receive a second polarization orientation orthogonal to the first polarization orientation,
The second receiving optical coupler is also configured to receive the second polarization orientation. LIDAR system.
레이저 광을 수신하도록 구성되는 스플리터를 더 포함하고,
상기 스플리터는 상기 송신 광 커플러에 상기 레이저 광의 제1 퍼센티지를 제공하도록 구성되고,
상기 스플리터는 상기 광 스위치에 상기 레이저 광의 제2 퍼센티지를 제공하도록 구성되는, LIDAR 시스템.According to clause 5,
further comprising a splitter configured to receive laser light,
the splitter is configured to provide a first percentage of the laser light to the transmit optical coupler,
and the splitter is configured to provide a second percentage of the laser light to the optical switch.
상기 레이저 광은 적외선 파장을 가지는, LIDAR 시스템.According to clause 8,
A LIDAR system, wherein the laser light has an infrared wavelength.
상기 제1 광 믹서가 상기 발진기 광 신호를 수신하는 동안 상기 제1 광 믹서에 의해 생성된 제1 신호를 샘플링하는 단계;
상기 회전 거울이 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 회전할 때 제2 광 믹서에 상기 발진기 광 신호를 제공하기 위해 상기 광 스위치를 구동하는 단계; 및
상기 제2 광 믹서가 상기 발진기 광 신호를 수신하는 동안 상기 제2 광 믹서에 의해 생성된 제2 신호를 샘플링하는 단계를 포함하는, LIDAR 장치의 동작 방법.driving an optical switch to provide an oscillator optical signal to a first optical mixer when the rotating mirror rotates in a first direction;
sampling a first signal generated by the first optical mixer while the first optical mixer receives the oscillator optical signal;
driving the optical switch to provide the oscillator optical signal to a second optical mixer when the rotating mirror rotates in a second direction opposite to the first direction; and
A method of operating a LIDAR device, comprising sampling a second signal generated by the second optical mixer while the second optical mixer receives the oscillator optical signal.
상기 제1 신호는 상기 발진기 광 신호 및 제1 수신 광 커플러에 의해 생성된 제1 수신 신호에 응답하여 생성되고,
상기 제2 신호는 상기 발진기 광 신호 및 제2 수신 광 커플러에 의해 생성된 제2 수신 신호에 응답하여 생성되는, LIDAR 장치의 동작 방법.According to clause 10,
the first signal is generated in response to the oscillator optical signal and a first receive signal generated by the first receive optical coupler,
The method of operating a LIDAR device, wherein the second signal is generated in response to the oscillator optical signal and a second received signal generated by a second receive optical coupler.
상기 회전 거울은 리턴 빔을 상기 제1 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성되고,
상기 회전 거울은 상기 리턴 빔을 상기 제2 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성되는, LIDAR 장치의 동작 방법.According to clause 11,
the rotating mirror is configured to direct the return beam to the first receiving optical coupler,
The rotating mirror is configured to direct the return beam to the second receiving optical coupler.
상기 회전 거울은 송신 빔을 송신 광 커플러로부터 타겟으로 향하게 하도록 추가로 구성되고,
상기 리턴 빔은 상기 타겟에서 반사되는 송신 빔인, LIDAR 장치의 동작 방법.According to clause 12,
the rotating mirror is further configured to direct the transmit beam from the transmit optical coupler to the target,
A method of operating a LIDAR device, wherein the return beam is a transmission beam reflected from the target.
상기 송신 광 커플러는 상기 제1 수신 광 커플러와 상기 제2 수신 광 커플러 사이에 배치되는, LIDAR 장치의 동작 방법.According to clause 13,
The transmitting optical coupler is disposed between the first receiving optical coupler and the second receiving optical coupler.
상기 송신 광 커플러는 제1 편광 배향을 가지는 상기 송신 빔을 방출하도록 구성되고,
상기 제1 수신 광 커플러는 상기 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 수신하도록 구성되고,
상기 제2 수신 광 커플러는 또한 상기 제2 편광 배향을 수신하도록 구성되는, LIDAR 장치의 동작 방법.According to clause 13,
the transmit optical coupler is configured to emit the transmit beam having a first polarization orientation,
the first receiving optical coupler is configured to receive a second polarization orientation orthogonal to the first polarization orientation,
The second receiving optical coupler is also configured to receive the second polarization orientation.
상기 발진기 광 신호는 적외선 파장을 가지고,
상기 제1 수신 신호와 상기 제2 수신 신호는 상기 적외선 파장을 가지는, LIDAR 장치의 동작 방법.According to clause 11,
The oscillator optical signal has an infrared wavelength,
A method of operating a LIDAR device, wherein the first received signal and the second received signal have the infrared wavelength.
LIDAR 장치; 및
제1 전기 신호 및 제2 전기 신호에 응답하여 상기 자율 차량을 제어하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서를 포함하고,
상기 LIDAR 장치는,
제1 수신 광 커플러;
제2 수신 광 커플러;
상기 제1 수신 광 커플러로부터 제1 수신 신호를 수신하도록 구성되는 제1 광 믹서;
상기 제2 수신 광 커플러로부터 제2 수신 신호를 수신하도록 구성되는 제2 광 믹서; 및
광 소자의 제1 회전 방향을 나타내는 스위칭 신호에 응답하여 상기 제1 광 믹서에 발진기 광 신호를 제공하도록 구성되고, 상기 광 소자의 제2 회전 방향을 나타내는 스위칭 신호에 응답하여 상기 제2 광 믹서에 상기 발진기 광 신호를 제공하도록 구성되는 광 스위치를 포함하고,
상기 제1 광 믹서는 상기 발진기 광 신호 및 상기 제1 수신 신호의 수신에 응답하여 제1 전기 신호를 생성하도록 구성되고,
상기 제2 광 믹서는 상기 발진기 광 신호 및 상기 제2 수신 신호의 수신에 응답하여 제2 전기 신호를 생성하도록 구성되는, 자율 차량 제어 시스템.In an autonomous vehicle control system for an autonomous vehicle,
LIDAR device; and
one or more processors configured to control the autonomous vehicle in response to a first electrical signal and a second electrical signal;
The LIDAR device,
a first receiving optocoupler;
a second receiving optocoupler;
a first optical mixer configured to receive a first receive signal from the first receive optical coupler;
a second optical mixer configured to receive a second receive signal from the second receive optical coupler; and
configured to provide an oscillator optical signal to the first optical mixer in response to a switching signal indicative of a first rotation direction of the optical element, and to the second optical mixer in response to a switching signal indicative of a second rotation direction of the optical element. an optical switch configured to provide the oscillator optical signal,
the first optical mixer is configured to generate a first electrical signal in response to receiving the oscillator optical signal and the first received signal,
and the second optical mixer is configured to generate a second electrical signal in response to receiving the oscillator optical signal and the second received signal.
상기 광 소자는,
상기 광 스위치가 상기 제1 광 믹서에 상기 발진기 광 신호를 제공하기 위해 스위칭될 때 상기 제1 방향으로 회전하도록 구성되고, 상기 광 스위치가 상기 제2 광 믹서에 상기 발진기 광 신호를 제공하기 위해 스위칭될 때 상기 제2 방향으로 회전하도록 구성되는 회전 거울을 포함하고,
상기 제1 방향은 상기 제2 방향의 반대인, 자율 차량 제어 시스템.According to clause 17,
The optical device is,
the optical switch is configured to rotate in the first direction when switched to provide the oscillator optical signal to the first optical mixer, and the optical switch is configured to rotate in the first direction to provide the oscillator optical signal to the second optical mixer. a rotating mirror configured to rotate in the second direction when
The first direction is opposite to the second direction.
상기 LIDAR 장치는,
상기 광 스위치가 상기 제1 광 믹서에 상기 발진기 광 신호를 제공하기 위해 스위칭될 때 상기 제1 광 믹서로부터 제1 전기 신호를 수신하도록 구성되고, 또한 상기 광 스위치가 상기 제2 광 믹서에 상기 발진기 광 신호를 제공하기 위해 스위칭될 때 상기 제2 광 믹서로부터 제2 전기 신호를 수신하도록 구성되는 프로세싱 로직을 더 포함하는, 자율 차량 제어 시스템.According to clause 18,
The LIDAR device,
The optical switch is configured to receive a first electrical signal from the first optical mixer when switched to provide the oscillator optical signal to the first optical mixer, and wherein the optical switch is configured to provide the oscillator optical signal to the second optical mixer. The autonomous vehicle control system further comprising processing logic configured to receive a second electrical signal from the second optical mixer when switched to provide an optical signal.
상기 회전 거울은 리턴 빔을 상기 제1 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성되고,
상기 회전 거울은 상기 리턴 빔을 상기 제2 수신 광 커플러로 향하게 하도록 구성되는, 자율 차량 제어 시스템.
According to clause 18,
the rotating mirror is configured to direct the return beam to the first receiving optical coupler,
and the rotating mirror is configured to direct the return beam to the second receiving optical coupler.
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